[서양 천문학 발전사 3] 근대 천문학사

[서양 천문학 발전사 3] 근대 천문학사

16세기 이후 시작된 과학 혁명으로 과거와는 근본적으로 성격이 다른 지 식 체계가 확고히 자리 잡게 된 18, 19세기는 과학이 크게 발전한 시기였다. 사람의 필요에 의해 수학과 더불어 자연과학 중 가장 일찍 시작된 천 문학 분야는 처음에는 종교나 신앙의 색채를 짙게 띠었으나 중세 이후 여러 천문 현상에 대한 지식이 축적됨과 동시에 망원경이 만들어지고 특히 과학 혁명 이후 비약적으로 발전한 역학이 천체의 운동을 설명할 수 있게 됨으로써 행성을 새로이 발견하거나 태양계의 기원을 설명하려고 노력하는 등 보다 과학적인 형태를 갖추게 되었다.

역학에 바탕을 둔 천문학을 눈부시게 발전시킨 사람은 라플라스였다. 그 는 행성의 궤도가 섭동으로 인해 서서히 변화하는데도 불구하고 그 이심률과 경사는 거의 변하지 않고, 또 행성의 평균 거리도 불변하며 다만 미소한 주기의 변화만 일어난다는 것을 증명하였다.

보데가 발견한 보데 법칙에 의해 소행성의 위치가 예측되었고 이후 이탈리아의 피아치가 예측된 위치에서 소행성을 발견하였다. 또한 허셜은 이중 성을 관측하여 태양계의 운동을 지배하는 역학 법칙이 멀리 떨어진 별의 세계에서도 적용되고 있음을 증명하였다. 이와 같이 17, 18세기에는 주로 망원경을 사용한 관측에 의해 천문학이 발달하였고 19세기 후반에는 사진술과 분광학의 발달로 천문학사상 새로운 분야인 천체물리학이 등장, 크게 발달하였다. 특히 별의 분광학적 특징을 연구하여 그 결과를 토대로 한 항성의 분류는 별의 표면 온도와 관계가 있고 이것은 별의 진화와 관계가 있으므로 별의 진화 과정을 연구하는 큰 단서가 되었다. 이렇듯 분광학 발달로 인한 스펙트럼 분석, 사진술의 발달, 관측 기계의 정밀화, 새로운 연구 방법론, 역학과 같은 여러 과학의 보조에 의해 19세기 천문학은 착실히 발전의 토대를 쌓았고 20세기에 천문학이 눈부시게 발달할 수 있는 기초를 다졌다.

근대 시대의 천문학에서 주로 논의되었던 것 중의 하나는 대우주의 발견 이었다. 태양계 너머 은하계, 그리고 은하계 너머의 대우주를 연구하기 위 해서는 항성까지의 거리를 측정하는 것이 급선무였다. 100광년 이내의 거 리에 있는 항성의 경우 연주 시차의 측정으로 거리를 구할 수 있었으나 더 멀리 있는 항성의 경우에는 이런 방법을 적용할 수 없어 거리를 구할 수 없 었다. 그 후 광도는 일정치 않으나 주기적으로 변하는 많은 별 중에서 세페우스형 변광성의 변광 주기와 절대 광도 사이에는 일정한 관계가 있음을 알 게 되었다. 연구를 계속한 결과 광도는 거리의 제곱에 반비례하여 어두워짐을 알게 되었고 이것으로 100광년보다 멀리 있는 항성의 거리를 구할 수 있게 되었다.

앞서 말한 바와 같이 역학적 천문학 분야에서 눈부시게 활동했던 라플라스는 1976년 신성운설을 발표하였다.

" 태양계는 천천히 자전하고 있는 고온의 기체 덩어리로부터 출발한다. 태양계의 원시 상태는 성운과 같은 것이다. 이와 같은 원시 성운은 냉각되어 수축되지만 성 운이 지니고 있던 원래의 각 운동량의 총화는 불변하므로, 수축하면 할수록 자전의 속도가 빨라지게 된다. 적도면 부분에는 원심력이 점점 크게 작용하게 되어 중력과 원심력이 같아질 수 있다. 이때 적도 부분에서 물질이 고리 모양으로 분리되어 수 축한 것이 각개의 행성이고, 그 행성의 자전에 의해서 또 다시 위성들이 분리되어 생성되었다."

위와 같은 라플라스의 학설은 각각 운동량의 분포에 대한 설명이 불가능 하다는 단점은 있었지만 태양계의 여러 가지 특성을 설명하는데 매우 잘 맞아 떨어졌으며 결과적으로 현대 우주 진화설의 기초가 되었다.

1929년 허블에 의해 멀리 있는 은하일수록 우리에게서 멀어지는 속도가 빠르다는 사실이 발견되었고 이를 바탕으로 허블, 실링거 등이 우주가 현재 팽창하고 있다는 주장을 제기하게 된다. 이는 중세 시대에 뉴턴이 생각한 우주관-모든 별들이 등 간격으로 배치되어 있고 우주는 무한히 펼쳐져 있다-을 붕괴시키는 결과를 초래했다.

1922년에 현대 우주론에서 거의 정설로 받아들여지고 있는 빅뱅 우주론의 초기 모델인 진동 우주와 팽창 우주관이 러시아의 수학자 프리드만에 의해 제기된 이후 르메트르, 가모브, 와인버그 등이 대폭발 이론을 계속 수정, 보완하여 오늘에 이르렀다. 정상 상태 우주론은 우주가 영원히 같은 상태에 있다고 생각하는 것으로 빅뱅 이론과 정반대의 입장을 취하고 있다. 정상 상태 우주론은 은하단의 모습이 원거리에 있는 것이나 근거리에 있는 것이나 거의 같다는 관측 사실에 주목하여 관측자가 우주의 어디서 관측하든 항상 동일하게 보일 것이라는 대칭성과 균일성을 가정한 우주론이지만 질량 보존의 법칙에 어긋나며 1965년 빅뱅 우주론의 결정적 증거인 우주 배경 복사가 발견되면서 붕괴의 길을 가게 되었다.