코페르니쿠스와 천문학 혁명

고대의 천문학

플라톤의 천구 영원한 등속 원운동 영원하며 초월적이며, 완벽한 순수 형상의 세계 운동을 하지만 본질적으로 변하지 않아야 함 천체의 등속 원운동: 이성적 추론의 산물 영원하며 초월적이며, 완벽한 순수 형상의 세계 운동을 하지만 본질적으로 변하지 않아야 함 적합한 운동은 오직 등속 원운동 이후 2000년간 천문학의 패러다임 이룸 영원한 등속 원운동

항성(붙박이별)과 행성(떠돌이별) 공유된 믿음 지구의 정지/천상계의 원운동 하늘의 일주운동(동→서) 태양의 연주운동과 행성의 운동 (서→동) 수성, 금성의 최대이각 존재 행성의 역행운동 존재

토성의 운동

프톨레마이오스(Ptolemy) Egypt, 90 - 168 A.D. 《알마게스트》(Almagest)를 통해 천문학 집대성

주전원(epicycle), 이심(eccentric), 대심(equant) 수리 행성 천문학 행성의 운동은 원운동의 합성으로 설명 주전원(epicycle), 이심(eccentric), 대심(equant)

주전원(epicycle) – 역행운동의 설명

epicycle (질적 설명) + eccentric & equant (미세 조정) 아리스토텔레스의 자연철학(우주론, 운동론, 물질론)과 잘 부합하나? epicycle (질적 설명) + eccentric & equant (미세 조정)

프톨레마이오스의 우주 체계 단순화된 그림에서는 아리스토텔레스 체계와 잘 부합 완전하게 묘사할 경우엔 아리스토텔레스 체계와 갈등

중세의 천문학 12세기 《알마게스트》 발굴 및 번역 15세기경이 되어서야 완전히 소화

코페르니쿠스(Copernicus) Kingdom of Poland, 1473-1543 폴란드 출신의 교회 행정가 이탈리아 유학: 신플라톤주의자들과 교류 교황청 주도의 달력 개정 사업에 참여 1510년경 지구가 태양 주위를 돈다고 생각

프톨레마이오스의 체계는 괴물 이질적 원리 조합 – 우주의 조화와 대칭성 훼손 특히, equant 사용에 대한 불만: 부등속 운동

《천구의 회전에 관하여》 (1543) 태양중심설 주장

태양중심설의 장점 Harmony! 3가지 현상을 지구중심설보다 간단하게 설명 천동설에서는 복잡한 가정을 도입해 설명해야 하는 (1)행성의 순서 (2)외행성의 역행 (3)내행성의 최대 이각 현상을 훨씬 더 간단하게 설명해 준다는 점 → 주로 단순성, 경제성, 조화로움, 아름다움과 같은 ‘미학적’ 우월성

1. 행성의 역행 운동 프톨레마이오스: 주전원이라는 별도의 가정 도입 필요 코페르니쿠스: 우주구조 자체로 설명  실제가 아니라 겉보기 운동

2. 내행성의 최대이각 수성과 금성의 경우, 태양과 함께 몰려 다니는 현상 프톨레마이오스 코페르니쿠스 2. 내행성의 최대이각 수성과 금성의 경우, 태양과 함께 몰려 다니는 현상 프톨레마이오스: ‘주전원 가정’과 또 다른 ‘별도의 가정’ 필요 코페르니쿠스: ‘우주 구조 자체’에서 비롯되는 겉보기 운동 현상

3. 행성 궤도의 크기와 순서 확정 ‘행성의 순서’ 혹은 ‘행성의 주기’ 문제 프톨레마이오스의 우주체계: 주기 but 임의적 지구(중심) < 달 < 수성=?금성=?태양 < 화성 < 목성 < 토성 코페르니쿠스의 우주체계: 행성반경과 주기 사이의 조화 태양(중심) < 수성 < 금성 < 지구 < 화성 < 목성 < 토성

코페르니쿠스 체계의 혁명성과 보수성

혁1. 지구도 하나의 행성 지상계와 천상계 사이의 구분 철폐

공전에 따른 시차 관측 실패의 이유 – 우주의 거대함 혁2. 우주 크기의 확장 공전에 따른 시차 관측 실패의 이유 – 우주의 거대함

보1. 수정체 천구 고집 지구의 운동 = 자전 + 공전 + 제3의 운동

보2. 원운동에 대한 집착 정확한 행성 위치 계산 위해 minor epicycle 사용 그가 제거한 것은 major epicycle과 equant뿐

복잡한 코페르니쿠스 체계 프톨레마이오스 체계보다 정확도 향상 없음

당대의 반응은?

1. 중심 가설에 회의적 지구가 움직인다니! 아리스토텔레스 물리학과 성서 위배 그의 지동설 근거는 매우 허술. 목적: 아리스토텔레스 우주론 내에서 지구 운동 허용 지동설의 주요근거: 출처 - 스콜라 철학 (eg. Oresme) 규칙성은 원+조합 외에는 불가능 지구는 천체와 같이 구형 -> 따라서 지구도 원운동(자연스러운 운동) 왜 담긴 것(지구)이 아니라 담은 것(우주)가 움직여야 하는가? 우주 회전 속도의 문제: 무한한 것은 움직일 수 없다. 등등 설득력 부족: 지동설을 원래 믿을 사람에게나 진지하게 읽혀질 부분. 코페르니쿠스의 주된 관심사 아니었음.

‘완전성’ 면에서 Almagest에 필적하는 유일한 작품 2. 제2의 프톨레마이오스 ‘완전성’ 면에서 Almagest에 필적하는 유일한 작품 하지만 너무 복잡해서 실망.

3. 도구적 수용과 천문표 제작 As if … - 지구가 도는 것처럼 가정하고 계산 코페르니쿠스 체계를 이용한 천문표 제작(라인홀트)

티코 브라헤(1546-1601)

정밀 관측 천문학의 시작 1576년 덴마크 벤 섬에 세운 우라니보르크

신성 관측(1572)

혜성 관측(1577)

절충적 지구중심 체계

티코 체계에 대한 당대 반응

티코의 성취 아리스토텔레스주의 타파에 결정적 기여 관측에 부합하는 새로운 우주체계 고안 정교하고 막대한 천문관측 데이터 축적 . 티코 사후에 케플러에게 넘겨짐

요하네스 케플러(1571-1630)

Natural-born 코페르니쿠스주의자 열렬한 신플라톤주의자 점성술과 수비주의에 탐닉

《우주의 신비》 (1596) 티코의 조수가 되기 전 부터 태양중심설 옹호 다섯 정다면체로 행성들의 궤도 크기 해명 (안쪽부터 8-20-12-4-6) 티코의 조수가 되기 전 부터 태양중심설 옹호

타원 궤도 법칙 & 면적 속도 일정의 법칙 《새로운 천문학》(1609) 티코의 조수가 되다(1600) 티코 사(1601)후 그의 관측자료로 화성궤도 계산 . 타원 궤도 법칙 & 면적 속도 일정의 법칙 《새로운 천문학》(1609) T2 ∝ R3 《우주의 조화》(1619)

어떻게 원을 버릴 수 있었을까?

티코 관측 자료의 정밀성 확신 주전원, 이심원 등을 이용 – 8분 이상의 오차 원 궤도 폐기 – 달걀, 타원 등 새로운 궤도 시도 . 80여 회의 시행착오 끝에 화성 타원 궤도 확정

어떻게 등속을 버릴 수 있었을까?

천체물리학 행성운동의 원인은 태양!

목성이 화성의 공전 속도가 느리듯이, 하나의 행성도 태양으로부터 멀어지면 느려지지 않을까? 목성이 화성의 공전 속도가 느리듯이, 하나의 행성도 태양으로부터 멀어지면 느려지지 않을까? 초기 아이디어 : v ∝ 1/r 완성된 아이디어 : 면적속도 일정의 법칙

천문학자들의 전면적 수용 행성 궤도 법칙은 관측 자료와 완전히 일치! . 그러나 일반인 & 자연철학자들은?

코페르니쿠스주의자의 과제 우주의 중심에 지구가 있는 것이 아니라면, 그리고 지구가 태양 주위를 선회하고 있다면, 물체는 왜 우주의 중심이 아닌 지구를 향해 떨어지는가? 우리는 왜 지구의 운동을 인식하지 못하는가? 수직으로 쏘아 올린 화살은 왜 뒤쳐지지 않는가? ※ ‘천문학 혁명’은 ‘역학 혁명’을 잉태하고 있었음!

코페르니쿠스, 《천구의 회전에 관하여》 1권 오시안더가 쓴 서문을 통해 (자연철학과 구별되 는) 당시 천문학 이론의 지위와 특징을 추측해보 자. 코페르니쿠스가 당시 천문학에 대해 가진 불만은 무엇이었는가? 우주의 광대함이 코페르니쿠스에게 중요하게 다 루어지는 이유는 무엇인가? 행성 운동을 간단하게 설명할 수 있다는 점 외에 코페르니쿠스는 지구의 운동을 어떻게 변호하고 있는가? 또 그의 논변은 얼마나 설득력이 있는가?