지구는 어떻게 돌고 있을까요? 지동설과 천동설의 학설이 대립하고 있습니다. 각 학설에 대한 자세한 설명과 과학자 니콜라우스 코페르니쿠스라는 인물에 대한 설명도 추가로 해 드리겠습니다.
천문학자 겸 과학자, 니콜라우스 코페르니쿠스
과학자 하면 어떤 사람이 떠오르시나요? 아인슈타인? 뉴턴? 아니면 퀴리부인? 저는 과학자하면 떠오르는 인물 중 한명인 니콜라우스 코페르니쿠스(Nicolaus Copernicus)라는 이름이 떠오릅니다. 많은 사람들이 알고있는 지동설을 주장한 천문학자이기도 하지만, 태양중심설이라는 새로운 이론을 제시함으로써 지구 중심 우주관을 탈피하게 해준 역사적인 인물이기 때문입니다. 우리에게 익숙한 이 이름은 폴란드의 천문학자이자 수학자인 니콜라우스 코페르니쿠스(1473~1543)입니다. 1483년 이탈리아 제노바에서 태어난 코페르니쿠스는 1510년경 프라하 대학에서 신학을 공부했지만, 1년 후 다시 로마로 가서 법학을 공부했고 1512년 교황 율리오 2세로부터 성직 임명장을 받고 신부가 되었답니다. 이후 파리대학과 독일 튀빙겐 대학에서 강의를 하면서 천체 관측 연구를 계속했습니다. 당시 유럽에서는 망원경이 발명되기 이전이었기 때문에 직접 밤하늘을 관찰하며 별들을 세거나 계산해서 행성들의 움직임을 알아내는 방법밖에 없다고합니다. 그러던 중 행성의 운동에 관한 논문을 발표하면서 본격적으로 자신의 견해를 펼치기 시작했답니다. 코페르니쿠스는 16세기 말 <천구의 회전에 관하여>라는 책을 출판했습니다. 이 책은 기존의 프톨레마이오스의 저서와는 달리 우주의 중심이 지구가 아니라 태양이며, 지구 주위를 달과 다른 행성들이 돌고 있다는 내용을 담고 있었습니다. 또한 이러한 학설을 뒷받침하기 위해 여러 가지 실험 결과를 제시하였는데, 이것은 근대 과학혁명의 시발점이 되었습니다. 특히나 오늘날 우리가 살고 있는 태양계의 모습을 정확히 예측했다는 점에서 큰 의의를 가지고 있답니다. 1617년 11월 21일 스웨덴 국왕 구스타프 아돌프 6세 앞에서 강연을 하던 도중 심장마비로 사망했다고 알려져있습니다. 그러나 실제로는 병약해진 몸 상태 탓에 침대 위에서 숨을 거두었다고 하네요. 사후 1735년에야 비로소 정식으로 시성되었다고 합니다.
지동설(태양중심설)의 견해
지동설이란 지구가 태양 주위를 돈다는 이론입니다. 천동설과 정반대되는 개념입니다. 하지만 당시 유럽인들은 코페르니쿠스의 주장을 인정하지 않았습니다. 심지어 교황청에서는 이단으로 간주하기도 했습니다. 그러나 결국엔 과학혁명 이후 지동설이 받아들여지게 됩니다. 그렇다면 왜 사람들은 지동설을 받아들이지 못했을까요? 일단 우리가 살고있는 땅덩어리가 움직인다는것 자체가 굉장한 충격이었을겁니다. 또한 우주공간에서의 위치에너지 변화량 등 다양한 물리학적 지식들을 얻을 수 있죠. 그리고 이 모든걸 종합해서 우주의 원리를 파악할 수 있게됩니다. 코페르니쿠스 이전까지만 해도 하늘은 신이 만든 완벽한 공간이었고, 인간은 신의 피조물이라는 인식이 팽배했습니다. 따라서 천체현상 역시 모두 자연스럽게 일어난다고 생각했습니다. 그래서 당연하게 여겨졌던 행성들의 움직임을 부정한다는건 엄청난 일이었습니다. 게다가 종교재판소에서도 이를 반박하기 위해 많은 노력을 기울였습니다. 결국 갈릴레오 갈릴레이(1564~1642)등 여러 학자들의 노력 끝에 1632년 로마교황청으로부터 지동설을 공식적으로 인정받게 되었습니다. 이로 인해 그동안 의심받았던 수많은 현상들이 증명되었고, 뉴턴역학 같은 새로운 학문체계가 등장하게 되었습니다.
천동설(지구중심설)의 견해
천동설이란 지구가 우주의 중심이고 태양과 달 그리고 행성들이 지구 주위를 돈다고 믿었던 고대 그리스 시대의 우주관입니다. 이 이론은 기원전 300년경 아리스토텔레스(Aristoteles)가 처음 주장하였고, 코페르니쿠스(Nicolaus Copernicus)가 지동설을 주장하기 전까지 약 2,000년간 받아들여졌습니다. 그러나 1543년 폴란드의 천문학자 코페르니쿠스가 《천구의 회전에 관하여》라는 책을 출판하면서 기존의 학설과는 전혀 다른 새로운 우주관인 지동설을 제시하였습니다. 이후 케플러(Johannes Kepler) 등 여러 과학자들에 의해 행성의 운동법칙이 밝혀지면서 17세기 말부터는 대부분의 사람들이 지동설을 받아들이게 되었습니다. 지구가 자전축을 중심으로 하루에 한 바퀴씩 돌고 있다는 사실은 누구나 알고 있지만, 이것만으로는 하늘 위의 별들을 이해하기 어렵습니다. 그래서 우리는 밤하늘의 별들을 관찰하며 별자리를 찾아내고 계절마다 보이는 별자리가 다르다는 것을 알게 됩니다. 이러한 현상은 어떻게 설명할 수 있을까요? 그것은 바로 ‘태양’이라는 존재 덕분입니다. 만약 태양이 없다면 낮과 밤 구분 없이 항상 어두운 상태로만 있어야 합니다. 하지만 태양이 빛을 비추면 지표면 근처의 물체들은 밝게 보이고 멀리 떨어진 곳의 물체들은 어둡게 보입니다. 즉, 태양빛이 비치는 지역과 그렇지 않은 지역 사이에 밝기 차이가 생기게 되고, 이로 인해 시간에 따른 위치 변화가 생기는 것입니다. 지금으로부터 약 1,500년 전까지만 해도 모든 세계는 지구를 중심으로 움직인다고 믿었습니다. 이를 ‘천동설’이라고 하는데, 당시 지배적인 우주관이었습니다. 그렇다면 지금까지도 많은 사람들이 믿고 있는 천동설은 언제 등장했을까요? 최초의 천동설은 기원전 300년경 철학자이자 수학자인 아리스토텔레스가 주장했습니다. 또한 프톨레마이오스(Ptolemaeos) 역시 자신의 저서 《알마게스트》에서 천동설을 소개했는데, 이때까지는 아직 관측기술이 발달하지 않아 정확한 증거를 제시하지 못했습니다. 그러다 14세기에 이르러 이탈리아의 성직자이자 수학자인 니콜라스 코페르니쿠스가《천구의 회전에 관하여》라는 책을 출판하면서 본격적으로 천동설이 알려지기 시작했습니다. 1609년 독일의 천문학자 요하네스 케플러는 세 가지 법칙을 발표하였는데, 제1법칙은 타원궤도의 법칙, 제2법칙은 면적속도 일정의 법칙, 제3법칙은 조화의 법칙입니다. 먼저 첫 번째 법칙인 타원궤도의 법칙은 두 점 A, B로부터 같은 거리에 있는 P점 중 임의의 점 Q에 대하여 다음과 같이 정의됩니다.
두 번째 법칙인 면적속도 일정의 법칙은 원 궤도상에서 움직이는 물체의 속도는 장반경과 초점거리의 제곱에 비례한다는 것입니다. 예를 들어 반지름이 r인 구 표면상의 한 점 P에서의 접선방향으로의 속도 V는 v=r2/R이며, 반구 표면상의 한 점 P에서의 접선방향으로의 속도 V는 v=πr2/2R입니다. 마지막으로 세 번째 법칙인 조화의 법칙은 각 주기 T 동안 위성 궤도면 상에서 일어나는 공전주기의 비는 언제나 일정하다는 것입니다.
오늘은 이렇게 니콜라우스 코페르니쿠스(Nicolaus Copernicus) , 지동설 , 천동설에 대해 알아보았습니다. 여러분에게 유익한 정보가 되었길 바랍니다. 감사합니다.