목차
● 태양중심설
● 코페르니쿠스 체계의 장점
● 코페르니쿠스 변혁의 한계
태양중심설
태양중심설(heliocentrism)은 천문학에서 태양이 우주의 중심이고 지구는 태양의 주위를 도는 천체 중 하나라는 이론입니다. 태양중심설은 다른 말로 지동설이라고도 합니다. 이것은 현대 천문학으로 계승되어 오면서 태양 또한 우주의 중심이 아닌 태양계의 우주에는 수없이 많은 항성계와 은하가 존재한다는 것이 밝혀졌습니다.
참고로 태양중심설은 그리스어(Helios = sun 태양, kentron = center 중심)로부터 유래된 단어입니다. 역사적으로 태양중심설은 지구를 중심에 두는 지구중심설과는 반대되었습니다. 현대 이전에는 태양계와 우주의 구별이 불분명하였습니다. 지구가 정지해 있는 태양을 중심으로 회전한다고 첫 번째 추측한 사람은 BC 3세기에 그리스인 아리스타르코스로 알려져 있습니다. 하지만 수학자이자 천문학자인 폴란드의 코페르니쿠스가 완전히 예측 가능한 태양중심 체계의 수학적 모델을 제시한 것은 그로부터 1800년 후인 16세기에 이르러서였습니다. 코페르니쿠스체계는 이후에 요하네스 케플러에 의하여 다듬어지고 확장되었습니다. 또한 갈릴레오 갈릴레이가 천체 망원경을 만들어 내고 망원경을 이용하여 천체를 연구하며 지동설에 관한 근거를 내놓게 되었으며 그것이 지동설이 인정받게 되는 결정적인 역할을 하였습니다.
16세기에 니콜라우스 코페르니쿠스(Nicolaus Copernicus)는 태양이 우주의 중심이고 지구가 태양 주위를 돌고 있다는 태양중심설(Copernican heliocentrism)을 주장하였습니다. 그러나 이것은 현재의 태양계의 구조와는 차이가 있습니다. 프톨레마이오스의 구조와 거의 비슷하고 단지 우주의 중심에 있던 지구와 달의 위치를 태양과 바꾸어서 태양이 우주의 중심에 오게 하였습니다. 원형 궤도와 주전원, 이심 등의 기존의 지구 중심적 구조는 그대로 차용하였습니다. 이러한 코페르니쿠스의 체계화된 태양계의 구조를 코페르니쿠스 체계(Copernican system)라고 합니다. 코페르니쿠스는 1530년쯤에 자신의 주된 역작인 '천구의 회전에 관하여 De Revolutionibus orbium caelestium'를 완성하였지만 출판하지는 않았습니다. 전해 내려오는 이야기에 의하면 1543년 5월 24일 바로 그가 죽던 날 이 책의 인쇄본을 전달받았다고 합니다.
코페르니쿠스 체계의 장점
코페르니쿠스의 이와 같은 변혁은 프톨레마이오스의 우주구조가 지니고 있는 몇 가지의 문제점을 해결해 주었습니다.
- 지구를 주위로 한 행성들의 배열의 순서와 그것들의 주기가 지니고 있는 문제
프톨레마이오스의 우주구조는 회전주기가 짧은 행성을 중심으로부터 가까운 궤도에 위치시켰습니다. 그리하여 바깥에서부터 회전주기가 감소하는 순서대로 배열되어 있으며 맨 안쪽에는 달의 궤도가 있습니다. 그러나 이러한 구조에 의하면 태양과 수성, 금성은 모두 회전주기가 약 1년 정도로 비슷하여 이들 사이의 순서가 문제가 되었습니다. 이것은 수성과 금성이 실제로는 태양의 주위를 도는데 이것을 억지로 지구의 주위를 돈다고 가정하여 생기는 문제이기 때문에 태양 주위에 회전주기가 가장 작은 수성에서부터 그 당시에 관측 가능했던 행성 중에서 회전주기가 가장 큰 토성까지 순서대로 배열된 코페르니쿠스의 우주구조에서는 이 문제가 나타나지 않았습니다.
- 행성들의 역행운동(retrograde motion)
행성들의 역행운동은 고대부터 관측되어 왔지만 프톨레마이오스의 우주구조에서는 간단하게 설명되지 않았습니다. 우주의 중심에 지구가 정지해 있고 그 주위를 행성이 도는 구조에서는 이와 같은 현상이 일어날 수 없기 때문입니다. 프톨레마이오스는 이 현상을 주전원(epicycle)을 이용하여 설명했지만 코페르니쿠스의 체계에서는 이와 같은 행성의 역행운동을 굳이 주전원을 사용하지 않고도 우주구조 자체로서 설명할 수 있습니다.
- 내행성(inferior planet)인 수성과 금성이 태양으로부터 유한한 거리 안에서 운동하는 문제
지구 중심의 우주구조에서는 태양과 내행성이 지구를 중심으로 각각 독자적인 원운동을 하기 때문에 내행성의 운동범위가 한정될 이유가 없습니다. 그러나 코페르니쿠스의 우주구조에서는 태양을 중심으로 한 내행성의 궤도가 완전히 지구의 궤도 속에 포함되어 있기 때문에 태양과 행성 사이에는 최대이각이 존재하게 됩니다. 그래서 세 번째 문제에 대해서도 코페르니쿠스의 체계는 주전원이나 별도의 가정이 없이도 우주구조 자체만으로 설명이 가능합니다.
코페르니쿠스 변혁의 한계
코페르니쿠스의 변혁은 가히 혁명적인 수준이었지만 아리스토텔레스와 프톨레마이오스의 우주관의 전체 골격은 그대로 두고 세부만 바꾼 변혁이었습니다. 무엇보다 기존의 우주구조의 기본 요소인 천구는 그대로 존재했고, 행성과 지구는 여전히 이 천구들에 고정되어 돌도록 되어 있었습니다. 무엇보다도 원을 중요시하는 경향을 코페르니쿠스도 그대로 고수하였습니다. 천체의 가장 자연스러운 운동을 등속원운동으로 생각하여 그때 당시의 부정확한 관측 데이터에 맞추기 위하여 주전원, 이심 등을 그대로 도입하였습니다.