천문학자 시리즈 1

 폴란드의 천문학자이자 수학자인 니콜라우스 코페르니쿠스의 생애와 업적에 대해 알아보겠습니다. 

니콜라우스 코페르니쿠스, 바르샤바

천문학자

 천문학은 자연과학의 한 분야로 우리가 하늘에서 볼 수 있는 항성과 행성, 혜성, 은하 같은 우주의 천체들과 우주의 탄생등을 대상으로 합니다. 천문학자들은 이들을 연구하고 탐측하면서 우주의 생성 원리와 상호작용, 각종 신비로운 현상들의 과정과 원인을 이해하고 인류의 우주 과학 지식을 정립해 왔습니다. 

 

니콜라우스 코페르니쿠스의 일생

 코페르니쿠스는 15세기 폴란드의 한자 동맹 도시민 로툰에서 태어났습니다. 당시의 로툰은 외국과 무역하는 상업 및 공업이 발달한 도시였으며 코페르니쿠스의 부모님은 모두 상인 가문 출신이었습니다. 부친의 사망 이후 친척의 지원으로 학업을 지속하게 된 코페르니쿠스는 수학과 라틴어 등을 배우며 대학 진학을 준비하게 됩니다. 대학 진학 이후에는 기하학과 천문학 등 다양한 학문을 접하면서 다양한 학자들의 저서를 통해 견문과 지식을 확장해 나갑니다. 약 4년여간의 학업을 통해 천문학자로서의 기본지식과 많은 이론들을 접하면서 천문학자로서의 기반을 닦았으며 추후 자신의 행성 이론 모델이 될 체계를 제시하는 근원이 됩니다. 이후 대주교인 친척에 의해 성직자의 삶을 살게 된 코페르니쿠스는 경제적으로 자립하게 되고 성직자이자 천문학자로서 학업을 이어나가게 됩니다. 또한 당시 한 대학의 천문학자와 함께 지내면서 그의 연구와 관측을 도우면서 지식을 확장했고 대교구의 허가를 얻어 2년간 의학을 공부하기도 했습니다. 박사 학위의 취득으로 학업을 마친 코페르니쿠스는 다시 성직자로서 교회 재정 관리 업무와 대주교의 비서 업무, 개인 주치의 역할뿐만 아니라 언어를 배우고 번역 작업을 하는 등 여러 업무를 하면서 바쁜 일상을 보내게 됩니다. 그 와중에도 코페르니쿠스의 천문학에 대한 열정은 지속되었으며 행성들의 이동을 관찰하고 기록하는 작업들을 하게 됩니다. 이 당시 천문학 공부에 쓰였던 알마게스트의 발췌본은 코페르니쿠스가 제시한 태양중심설의 주요한 기본 개념을 제시하는 역할을 하게 됩니다. 이제 코페르니쿠스는 대주교의 비서 업무를 그만둠으로써 천문학에 좀 더 집중할 수 있는 여유를 갖게 됩니다. 천문학 연구에 몰두한 코페르니쿠스는 마침내 기존의 프톨레마이오스의 이론을 반박하면서 태양이 중심이 되어 지구가 움직인다는 지동설을 담은 책을 출판하게 됩니다. 

업적

 니콜라우스 코페르니쿠스의 태양중심설이 등장하기 이전 시기의 천문학계에서는 아리스토텔레스의 지구중심설이 주류 이론이었습니다. 지구중심설은 태양중심설과 반대로 지구가 중심이고 태양과 다른 별, 행성들이 등속 운동을 통해 움직인다는 주장입니다. 사실 태양이 중심이 되어 지구가 운동한다는 태양중심설을 처음 주장한 것은 니콜라우스 코페르니쿠스가 아닙니다. 기원전 3세기에 저술된 문서에는 태양과 지구의 크기 차이와 지구의 자전과 공전에 대한 내용이 남아있는데 그 당시의 관측 기술이나 과학 이론이 이를 입증할 만큼 발전했던 것이 아니라 학계에 받아들여지거나 인정받지는 못했습니다. 알렉산드리아의 천문학자였던 프톨레마이오스는 지구를 중심으로 하여 일정 속도로 원모양의 움직임을 나타내는 모형을 제시하였습니다. 이러한 프톨레마이오스의 주장과 연구 결과들은 코페르니쿠스의 등장 이전까지 여러 천문학자들의 저서 등을 통해 심화되었으며 천문학계의 기본 이론으로서 천문학 연구의 기본 교재에도 쓰이게 됩니다. 코페르니쿠스는 프톨레마이오스의 모델이 행성의 위치를 ​​정확하게 예측했지만 아리스토텔레스가 제시한 기본 원칙과는 크게 다르다는 사실을 발견했습니다. 프톨레마이오스 모델의 주장과 정반대로, 관측 가능한 행성의 궤적은 매우 불규칙한 패턴을 보였습니다. 예를 들어, 평균 속도에 비해 속도가 현저히 감소한 기간과 속도가 빨라지는 순간을 표시한 화성을 예로 들어 보겠습니다. 또한, 약 2년마다 화성은 별을 기준으로 동쪽으로 움직이는 속도가 점차 느려지고, 결국 멈춰서 몇 달 동안 경로를 바꾼 다음 다시 동쪽으로 궤도를 돌게 됩니다. 역행 운동으로 알려진 이 독특한 현상은 항성을 배경으로 행성이 서쪽으로 천천히 움직이는 것이 특징입니다. 프톨레마이오스의 가설은 천체의 영구 운동에 관한 전통적인 개념과 충돌했습니다. 결과적으로, 큰 원을 둘러싸는 작은 주전원의 운동이 균일하지 않다는 것을 입증하는 것이 필수적이 되었습니다. 프톨레마이오스는 지구와는 다른 일정한 속도를 갖는 중심 개념을 도입했으며, 이 초점 주위에서 각속도가 일정하게 유지되도록 했습니다. 이러한 새로운 아이디어의 도입으로 모델의 복잡성이 증가했지만 그 영향을 계산하는 것은 간단한 작업임이 입증되어 궁극적으로 행성 테이블이 생성되었습니다. 태양의 운동 속도가 일정하지 않거나 궤도면이 정확히 지구의 중심에 있지 않을 수 있다는 초기 가정에 의문을 제기하게 되었습니다. 각 행성이 태양과 달과 함께 주전원을 중심으로 회전하고 궤도에서 지구 중심에서 약간 벗어나면 우주에 대한 설명은 포괄적이고 일관성이 있을 수 없습니다. 프톨레마이오스가 주장한 것처럼 달의 궤적의 과도한 불일치로 인해 달은 매달 특정 기간 동안 지구에 가까이 있어야 했습니다. 결과적으로, 관찰 가능한 크기는 정확한 계산을 용이하게 하기 위해 상당한 대비를 보여야 했지만, 이 현상을 둘러싼 세부 사항은 다소 모호했습니다. 이러한 연구 과정을 거쳐 코페르니쿠스는 프톨레마이오스의 오류를 지적하는 한편 이론의 여지가 있고 현상과 일치하지 않는 부분이 존재하는 이론들의 문제점을 해결하게 됩니다. 행성들의 배열 문제나 역행 운동에 관련한 문제들과 공전 주기등이 그에 해당하는데 이 오류들은 코페르니쿠스의 모델을 적용하면서 해소되었다고 볼 수 있습니다. 다만 이러한 이론의 수정이 이루어진 부분이 일부분에 지나지 않고 여전히 실제 우주에서의 행성과 별들의 움직임에 대입하기에는 맞지 않는 부분들이 존재하지만 코페르니쿠스 변혁이라고 불릴 만큼 후대에 큰 영향을 주게 됩니다. 

 

코페르니쿠스의 저서

코페르니쿠스의 천문학 관련 저서로는 앞서 언급한 짧은 해설서와 천구의 회전에 관하여가 남아있습니다. 짧은 해설서는 적은 분량을 담고 있고 정식적으로 출판되지 않고 복사본을 몇몇 지인들에게 나누어준 것이라서 소수만이 남아있습니다. 이 해설서에서 처음으로 지구가 우주의 중심이 아니며 모든 천체들이 태양을 기준으로 운동하며 지구가 자전과 공전을 한다고 설명했습니다. 두 번째 책은 천구의 회전에 관하여인데 여기서도 태양중심설 즉 지동설을 주장하며 그간의 연구를 통해 정리된 자신의 이론 모델을 완성하고 있습니다. 물론 당시 교회의 주장과 전적으로 반대되는 이론으로써 금서로 지정되기도 하고 이단 관련 서적으로 의심받기는 했지만 워낙 전문적인 책이라 천문학의 지식이 부족했던 대중들에게 인기를 끌거나 널리 읽힌 것은 아니었습니다.