시대별 천문학사 (근대 이후)

앞서 발행한 글에 이어 이번에는 천문학사의 연대기 중 근대시대 이후의 천문학사에 대해 알아보겠다.

천문학사에 대해 다시 한번 짧게 요약하자면, 천문학사란 자연 과학으로, 가장 오랜 역사를 갖고 있다. 또한 인류 문명과 함께 발달해 왔다. 이 천문학은 선사 시대의 종교적, 신화적, 점성술 적인 행사에서 기원한다. 천문학의 역사는 시기와 추이에 따라 내용이 굉장히 풍부해지고 천문학적인 수준이 높아졌을 뿐만이 아니라 연구 방법과 목표 역시 뛰어난 발전을 하였다. 자연 과학에서 가장 오래된 천문학이 근대시대 이후 어떻게 발전하게 됐으며, 인간 생활에 어떤 영향을 끼치게 되었는지 알아보도록 하겠다.

근대시대 이후.
천체 망원경에 의한 실제 관측, 그리고 천체 역학에 따른 이론 계산은 근대 천문학의 무기가 되었다. 이 천체 역학을 이용한 근대 천문학을 이용해서 새로운 여러 천체의 발견과 예측이 계속되게 된다. 결과적으로는 1930년대까지 태양계의 범위는 옛날부터 있던 토성에서 명왕성으로 약 다섯 배가 확장되었다. 또한 태양계의 내용은 행성, 위성, 태양 그 외 소행성, 혜성, 유성체 등 다양하게 된다.
관측과 계산 방식이 더욱 세밀해짐에 따라 지구가 어떻게 운동하는지 역시 차차 밝혀지게 된다. 그리고 목성의 이성식 현상이 1676년에 발견되었고, 광행차가 1745년에 발견된다. 이어 연주 시차는 1839년에 발견되는데, 이 모든 현상이 지구 공전의 결정적 증거가 되었다. 기원전 2세기 무렵에 발견된 세차운동 이외에 1745년에는 자동, 1891년에 위도 변화를 발견하였는데, 이들 또한 지구가 자전한다는 이론적 결론과 일치하게 된다. 그 결과로 코페르니쿠스 이래 종교적 교리와 과학적 진리와의 대립의 형태로 계속되었던 지구 중심설 대 태양 중심설의 시시비비는 태양 중심설의 승리로 돌아갔다.

산업 혁명 시대.
천체 역학의 결과를 토대로 생산 시대에 있어 가장 전성기를 누렸던 기계론적 자연관은 점점 자취를 감추게 되고, 이 대신 에너지론 적 자연관이 대세를 형성하기 시작했다. 이 같은 움직임은 기계의 동력을 탐구해 가는 동안에 제1차 산업 혁명기에 주로 광학 및 열역학의 법칙이 발견되었으며, 그 이후 제2차 산업 혁명에 주요 전자기의 법칙이 발견된 결과이다. 그리고 이와 같은 입장에서 천체 연구에도 물리학의 여러 방법이 이용된다. 고대 그리스의 히파르코스가 시도했던 항성의 등급 결정 방식은 천체 세계관의 정량적인 연구였고, 이 연구에 대해 1666년 뉴턴에 의하여 창시된 일광의 스펙트럼 분석은 천체관의 정성적인 연구였다. 1830년에는 광도계, 1814년에 분광계가 천체 관측에 채택되자 이러한 천체 물리학의 분야가 발전했다. 빛과 열, 자기와 전기에 대한 수많은 현상은 힘에 대한 현상을 포함하여 서로 간에 밀접한 관련이 있으며, 이 모든 자연 현상은 에너지의 인앤아웃에 의해서 계산된다고 하는 의견이 지배적으로 된다.

전파 천문학 시대.
전파 천체는 전쟁 이전인 1931년에 미리 발견되었지만, 그 전후로 전파 망원경의 진보에 의하여 발견된 수가 급격히 증가했고 광학 망원경과는 또 다른 다채로운 우주 상을 보여주게 된다. 제2차 세계 대전 이후 빠른 발전을 보았던 분야에 전파 천문학이란 것이 있었다. 1939년에는 항성의 광열 원을 공급하는 것이 항성 내부의 열핵 반응이라는 것이 확인되었고, 그 결과 항성의 화학 조성은 차차 변질하는 것으로 추정되었다. 오늘 천문학에서는 항성도 우주도 함께 진화하는 과정에 있다는 연구인 우주 진화론이 대두되고 있다. 또, 1929년에는 외 은하계가 거리와 비례한 속도로 후퇴하고 있다는 것이 관측되어 기정사실로 되어가고 있다. 이러한 일련의 사실은 우주가 팽창한다는 이론을 뒷받침하여, 원시에는 이 큰 우주 전체가 하나의 점에서 출발했다고 해석할 수 있게 되었다.

천체 물리학과 통계 천문학.
20세기에 들어서 90년에 등장한 양자 역학 이론에 의해 천체 물리학의 기초가 성립되었다. 38년의 연주 시차의 검증은 태양 중심설의 결정적인 근거가 되었으며, 또한 항성의 거리 측정이 가능해지도록 하였다. 일례로, 연성의 질량과 광도, 맥동성의 변광 주기와 광도, 항성의 스펙트럼형과 광도 사이에 성립되는 관계라고 볼 수 있다. 이러한 모든 관계는 한편에서는 성립 이유가 이론적으로 소명된다는 것과 다른 한편에서는 이러한 경험적인 법칙을 살려서 미지의 양을 추정하도록 적용할 수 있다는 2가지 점에서 대단한 의미를 가진다. 이러한 근거에 의하여 천문학의 영역은 태양계를 넘어서 은하계까지 전개된다. 항성의 운동, 위치, 반지름, 거리의 기하학적인 정량과 항성의 색깔, 광도, 등급, 스펙트럼, 온도, 질량, 표면 등의 물리학적인 양은 실제로 관측할 수 있는 자료를 기초로 차례로 도출 및 산정되는 것이다. 수많은 항성 관련 자료의 통계 처리 결과를 보면, 수 쌍의 특정의 두 양을 직결하는 경험적 법칙이 발견된다. 이와 같은 통계적 연구 방법이 총체적으로 정리되어 통계, 천문학이 성립된다. 통계 천문학의 가장 원조는 윌리엄 허셜이다. 윌리엄 허셜은 항성 광도 천 구면의 분포를 1784년에 통계로써 나타내어 은하계의 형태를 추정했고, 근거리 항성의 고유 운동을 1783년에 통계로 나타내어 태양 공간 운동을 확인시켜 주었다. 미국에 대형 망원경이 설치되어 관측 가능 범위가 증대된 것이 1918년이고, 외은하계의 자료가 쌓여 은하의 모습을 비로소 상상할 수 있게 되었다. 이 모든 현상들을 관측하는 데에 필요했던 것은 바로 천체 사진술이었고, 대형망원경이 주를 이뤘던 당대에 획기적인 발명이었으며 1850년경 이후 개발되게 된다. 또한 1915년에 발표된 상대성 이론은 우주 구조론에 도움을 주었던 기초 이론이었다.