천문학

천문학은 영어로 astronomy라고 하며, 천체학은 별이나 혜성, 은하, 행성과 같은 천체와, 지구 대기의 바깥쪽으로부터 비롯된 현상인 우주 마이크로파 배경을 연구하는 자연과학의 한 분야이다. 민간에서 전래되어 오는 몇 개의 별자리 이름, 그의 얽힌 전설, 몇 개의 별의 이름, 미리내라고 하는 은하수에 대한 고유명들을 볼 수 있습니다. 한국에도 중국의 천문사상과는 관련이 없는 특유한 천문학적인 지식이 발달되었다는 사실을 말해주는 것이라고 볼 수 있다. 우주의 시작 및 진화, 물리, 화학, 기상, 진화 등을 그 연구 대상으로 한다. 천체의 움직임에서 가장 비중이 큰 힘은 중력이므로 일반상대론을 많이 이용하며, 별의 중성자별, 블랙홀, 퀘이사, 핵융합, 등의 연구에는 물리학과 화학의 여러 분야를 쓰고 있다.

천문학은 인간이 하늘에 대하여 관심을 가지면서 가장 일찍 태동한 학문 중의 하나입니다. 선사 시대의 여러 문명들은 스톤헨지, 피라미드, 같은 천문학적 유물들을 남겼으며, 그리스, 중국, 인도, 이란, 바빌론, 마야 문명 같은 동서양의 초기 문명들은 밤하늘에 관한 많은 관측기록을 남겼다. 후에 망원경이 발명되어 천문학은 현대 과학으로 발전을 하였다. 역사적으로 천문학은 역법, 천체 항법, 측성학, 그리고 점성술까지 수많은 분야들을 포함했었는데, 현대의 천문학은 화학, 공학, 물리학, 등을 이용한다. 중력파를 측정한 LIGO나 허블 우주망원경, 지구스케일로 분포하여 아주 큰 하나처럼 작동하는 웹스터 망원경, 전파 망원경, 웹스터 망원경 등 우주를 관측하는 장비 제작은 공학적으로 도전적인 일이다. 천문학은 여러 자연과학 분야 중 아마추어들의 공헌이 아직도 큰 분야이다. 아마추어 천문학자들은 특별히 혜성·소행성·초신성 같이 시간에 따라 변하는 현상(transient phenomena)들을 관측하고 발견하는 데 중요한 공헌을 하고 있다.

어원과 용어

천문학의 영어 단어 astronomy은 별을 의미하는 그리스어 astron (ἄστρον)과 법칙, 문화를 뜻하는 nomos (νόμος)에서 유래됐다. 문자 그대로 "별의 법칙" 또는 별의 문화를 의미한다. 천문학은 점성술학과 혼동되어서는 안된다. 두 분야가 공통된 근원을 공유함에도 그들은 이제 완전히 구별된다.

 

천문학과 천체물리학

일반적으로 천문학astronomy과 천체물리학astrophysics은 같은 의미이다. 사전적 의미로는, 천문학은 "지구 대기 밖의 물체들의 물리·화학적 성질을 연구하는 학문"이고, 천체물리학은 "천문학의 한 분야로서 천체 및 천문현상의 물리적, 운동학적 특성을 연구하는 분야"이다. 천문학 개론서인 "물리적인 우주The Physical Universe"에서 "천문학"은 우주·천체·천문현상을 정성적으로 기술하는 분야, "천체물리학"은 이러한 대상을 보다 물리적으로 이해하는데 중점을 두는 분야를 의미한다. 반면 측성학은 전통적인 천문학에 가까운 분야도 있고, 대부분의 현대 천문학 연구는 물리와 관련된 주제를 다푼다. 천문학은 실제로는 천체 물리학으로 불리기도 한다. 대학이나 연구소에서는 주로 역사적인 이유, 구성원들의 가지고 있는 학위 여부에 따라 가끔 천문학과나 천체물리학과라는 용어를 사용한다. 저명한 천문학 저널로는 유럽의 천문학과 미국의 천문학 및 천체물리학 저널(The Astrophysical Journal)과 천체물리학(Astronomy and Astrophysics), 천문학 저널(The Astronomical Journal)이 있다.

 

 

기원과 역사

천문학은 인간이 하늘에 대하여 관심을 가지며 동·서양의 양쪽에서 가장 먼저 태동한 학문이다. 어떤 지역에서는 스톤헨지처럼 천문학적 목적을 가진 것으로 추정되는 거대한 유적이 건설되기도 했다. 동·서양을 막론하고 농사와 날씨 예견 그리고 해양, 지리 측량과 관측이 그 주요 동기라고 볼 수 있다. 제사 같은 종교적 목적 외에도 이와같은 천문대들은 1년의 길이를 재거나, 매해 일정한 시기에 농사를 짓고, 수확하기 위해 하늘을 관측하는데 쓰였을 것으로 추정된다.

역사적으로 중요한 사건 하나는 바빌론에서 수학·과학적 천문학이 시작된 것이다. 프톨레마이오스는 천동설을 주장하였고, 당시의 천문학을 집대성 〈알마게스트〉를 남겼다.천동설은 기독교의 교리에 더 부합하였다. 중세에 들어서는 이 책은 천문학에서 가장 권위 있는 책으로 받아들여졌고, 코페르니쿠스가 등장하기 전까지 천동설이 널리 믿어지게 된다.

바빌론 이후의 천문학에서의 중요한 발전은 고대 그리스에서 이루어졌다. 그리스 천문학은 천문 현상에 대해 이성적이고 물리적인 답을 구하려 했다는 특징이 있었다. 기원전 3세기에는 그리스의 아리스타르코스가 지구의 크기를 계산하고, 달과 태양까지의 상대적 거리를 측정하였다. 그는 처음으로 지동설을 제안한 것으로 알려져 있다. 기원전 2세기에는 히파르쿠스가 세차를 발견하였고 달의 크기와 거리를 계산하였으며, 어스트로랩astrolabe라는 천문기구를 발명하였다. 히파르쿠스는 또한 방대한 1020개 별의 목록을 작성했고, 북반구의 대부분의 별자리는 이러한 그리스 천문학에서 유래되었다. 

 

망원경이 발명되기 전에는 천문관측은 높은 건물 같은 곳에서 맨 눈으로 이루어졌다. 문명이 발전하면서, 메소포타미아, 그리스, 인도, 마야 문명, 중국, 이집트, 등에서 천문대가 만들어다. 우주의 본질에 관한 탐구가 시작되었다. 초기 천문학은 오늘날에는 측성학으로 알려진, 하늘에서 별과 행성들의 위치를 측정하는 것이 대부분이였다. 이러한 관측으로부터, 행성의 운동, 태양, 달, 지구의 관한 연구가 시작되었다. 당시에는 지구가 우주의 중심이고, 태양과 달은 지구를 중심으로 공전하고 있다고 믿었었다. 이를 지구중심설, 천동설 또는 프톨레마이오스 모형이라고 부른다.

 

다른 자연과학 분야도 마찬가지로 천문학도 중세 유럽에서는 13세기까지 거의 정체되었었고, 이슬람과 다른 지역에서는 눈부신 발전을 거듭했다. 약 9세기 초에는 이슬람 지역의 최초의 천문대가 등장했다. 964년에는 페르시아 천문학자 알 수피(Azophi)가 안드로메다 은하를 발견하고, "Book of Fixed Stars"라는 책에서 이에 대해 서술하였다. 약 1006년에 역사상 기록된 가장 밝은 초신성인 SN 1006가 이집트 출신 아랍 천문학자인 Ali ibn Ridwan과 중국의 천문학자들에 의해 관측되었다. 이슬람 세계에서 천문학에 많은 공헌을 한 유명한 천문학자로는 Al-Battani, Thebit, Azophi, Albumasar, 알비루니, Al-Birjandi, Arzachel, 등과 Maragheh, Samarkand 천문대의 천문학자들이 있다. 당시의 아랍 천문학자들은 오늘날까지도 널리 쓰이고 있는 많은 항성이름들(베가, 알골)을 도입하였다. 또한 그레이트 짐바브웨와 팀북투의 유적들도 과거에 천문대를 포함하고 있었을 것으로 보고있다. 또한 사하라 남쪽의 아프리카에서도 식민지 시대 이전에 천문학 관측이 행해졌던 것으로 추정된다

 

과학 혁명

17세기를 전후하여 발명된 망원경으로 천문학은 더 멀리 볼 수 있게 되었다. 20세기에 이르는 시기에 발전된 역학, 전자기학 및 상대성 이론과 현대 물리학의 업적은 천문학과 도움을 주고 받으면서 새로운 장을 열었다. 20세기에 접어들어 인간은 지구를 벗어나 우주 공간에서 우주를탐험·관찰하는 경지에 이르렀다.

르네상스 기간에 코페르니쿠스가 태양중심설을 제안했고, 이는 갈릴레이와 케플러에 의해 좀 더 확장되고 발전되었다. 갈릴레이는 처음으로 천문학에 망원경을 도입하였다. 케플러는 행성들이 태양을 초점에 놓는 타원궤도를 공전하는 정확한 태양계 모형을 고안해 냈지만, 행성들이 타원 궤도를 그리는 이유는 알지 못했다. 이는 마침내 뉴턴이 천체역학과 중력의 법칙을 발견함으로써 해결되었다. 뉴턴은 새로운 방식의 반사 망원경을 고안하기도 했다.

망원경의 크기과 성능이 향상되며 많은 천문학적 발견들이 이루어졌다. 프랑스 천문학자 라카유에 의해 방대한 별의 목록이 만들어졌고, 허셜은 방대한 성운·성단목록을 제작하였고, 1781년에는 처음으로 새로운 행성인 천왕성을 발견했다. 1838년에는 베셀이 백조자리 61별의 연주시차를 측정함으로써 처음으로 별까지의 거리를 측정하였으며,18-19세기 중에는 클레로, 달랑베르, 오일러,  등이 삼체문제를 해결하기 위해 많은 노력을 했으며, 이로써 달과 태양의 위치를 보다 정확히 예측할 수 있게 되었다. 라그랑주와 라플라스는 이러한 노력을 더욱 발전시켜, 달과 행성의 섭동으로부터 질량을 추정 했다.