별 이야기

 

천체학이라고도 불리는 천문학은 행성, 혜성, 별, 은하 같은 천체와 대기 바깥에서의 현상을 연구하는 과학의 한 분야이다. 천문학에서는 우주의 시작과 천체운동, 진화, 화학, 기상, 물리 등을 연구한다.
사람이 하늘에 대한 관심을 가지며 일찍부터 생긴 학문이다. 고대에 스톤헨지와 피라미드 같은 천문학적인 유물을 남기고, 그리스, 인도, 바빌론, 중국, 마야, 이란 문명 같은 문명들은 천체에 대한 수많은 관측기록을 남긴다.
그러다가 망원경이 발명된 후에는 현대 과학으로 발전한다. 역법, 천체 항법, 측성학, 점성술 같은 많은 분야를 포함했는데, 현대에는 물리학, 공학, 화학을 이용한다. 또한 허블 우주 망원경, 웹스터 망원경, 전파 망원경 등의 우주를 관측하는 장비를 제작했다. 천체의 이동은 일반 상대론을 쓰는데, 비중이 큰 힘이 중력이기 때문이다.
20세기에는 이론 분야와 관측 분야로 나누어진다. 이론 천문학은 천문학적 현상들과 천체를 해석적인 방법이나 컴퓨터로 설명할 수 있는 모형을 세우는 것에 초점을 두며, 관측 천문학은 천체의 자료에 대해 물리적으로 분석하는 데 초점을 둔다. 서로 상호 보완적으로 관측 천문학은 이론 결과를 확증해주고 이론 천문학은 관측 결과를 설명한다.
천문학은 점성술과 혼동되어서는 안 되는데, 점성술이 천체의 하늘에서의 위치가 인간 활동에 영향을 미친다는 신념의 차원이기 때문에 자연과학의 범주에 들지는 않는다.

1. 천문학과 천체물리학
천문학은 지구 대기 밖 물체들의 물리 또는 화학적인 성질을 연구하는 학문이며, 천체물리학은 천체와 천문현상의 운동학적, 물리적 특성을 연구하는 분야이다. 더 나아가 천문학은 우주, 천문현상, 천체를 정성적으로 기술하고, 천체 물리학은 물리적으로 이해하는 데 중점을 두는 분야이다.

2. 어원 : 천문학의 낱말은 그리스어에서 왔는데, 별의 법칙을 의미한다. 

3. 역사
인간이 하늘에 대한 관심을 가지며 동서양에서 모두 일찍부터 발생한 학문이다. 날씨와 농사에 대한 예측, 지리와 해양 측량과 관측으로 인해 발생했다고 볼 수 있다. 어떤 지역에서는 천문학적 목적으로 거대한 유적이 건설되기도 했는데 그 목적은 제사, 농사를 짓고 수확하기 위해, 1년의 길이를 재기 위해 하늘을 관측했을 것이다.
망원경이 발명되기 전에는 높은 곳에서 인간의 눈으로 이루어졌으며, 메소포타미아, 이집트, 그리스, 마야, 중국, 인도 등지에서 천문대가 만들어졌고 우주의 탐구가 시작되었다. 초기에는 측성학으로 알려진 별과 행성의 위치를 측정하는 것이 대부분이었다. 더 나아가 태양, 지구, 달, 행성의 운동에 관한 연구가 시작되었고 당시 지구가 우주의 중심이며 태양과 달이 지구를 공전하고 있다고 생각했다. 이것을 프톨레마이오스의 모형 또는 천동설이라고 한 것이다.
특히 중요한 것은 바빌론에서 수학적인 천문학이 시작된 것인데, 월식이 사로스라는 주기를 가지고 반복한다는 사실을 밝혀냈다.
이후 고대 그리스에서 중요한 발전이 이루어졌는데, 천문 현상에 대해 물리적이고 이성적인 답을 구하려 했었다. 그리스의 아리스타르코스는 지구의 크기를 측정하였고 태양과 달 사이의 거리를 계산했다. 또한 지동설을 제안한 것으로 알려져 있다. 히파르코스는 달의 크기와 거리를 계산하고 세차를 발견하며, 어 스트로 랩과 같은 천문기구를 발명한다. 그는 약 1020여개의 별의 목록을 기록했고, 북반구의 별자리는 대부분 그리스 천문학에서 나온다. 반면 프톨레마이오스는 천동설을 주장하고 알마게스트를 남긴다. 중세에는 기독교의 교리와 부합하였기에 천동설이 널리 믿어졌다.
이슬람에서는 약 9세기 초에 최초의 천문대가 등장했는데 페르시아의 알 수피가 안드로메다은하를 발견하였고, 역사상 가장 밝은 초신성 SN 1006이 아랍 천문학자와 중국 천문학자에 의해 1006년에 관측된다. 당시 아랍 천문학자들이 많은 항성 이름들을 도입했고 오늘날까지 쓰이고 있다.
17세기에는 망원경이 발명되어 더 멀리 보게 되고 20세기의 역학, 상대성 이론, 전자기학 같은 현대 물리학과 서로 도움을 받으며 새로운 장을 열게 된다. 더 나아가 인간이 직접 우주 공간에서 탐험하고 관찰하는 경지에까지 이르게 된다.
코페르니쿠스는 태양중심설을 제안하고 갈릴레이와 케플러로 인해 더 발전되고 확장되었다. 갈릴레이가 망원경을 천문학에 도입했고 케플러는 행성이 태양을 중심으로 공전하는 모형을 고안했고, 타원궤도로 공전하는 것으로 나타냈는데 그 이유까지는 알지 못했다. 이것은 뉴턴이 중력 법칙과 천체역학을 밝혀내므로 해결된다.
망원경의 성능과 크기가 향상되면서 프랑스의 라카유에 의해 방대한 별 목록이 기록되었고, 허셜은 성운, 성단 목록을 제작했으며 천왕성을 발견한다. 1838년 베셀은 처음으로 별까지의 거리를 측정하였고 라플라스와 라그랑주는 달과 행성의 질량을 추정한다.
프라운호퍼는 분광학과 같은 사진술로 태양의 스펙트럼으로부터 약 600개의 어두운 띠를 발견했는데 이것을 키르히호프가 다른 원소들 때문에 생긴다는 것을 밝혀냈다. 또한 수많은 별은 태양과 같은 항성이고, 질량과 크기와 온도가 다르다는 것이 정립되었다.
20세기에는 우리가 말하는 은하수가 우리은하인 것이 밝혀졌고, 우리은하 외에 외부의 은하들과 우주가 팽창한다는 것도 발견되었다. 허블의 법칙, 우주의 원소 함량, 우주 마이크로파 배경 등을 관측하고 대폭발 이론이 등장함으로 물리적, 과학적 우주론은 큰 성공을 거두게 된다.