그래도 지구는 돈다 지동설 vs 우주의 중심은 지구 천동설

지구는 자전하고 있지만, 우리는 그것을 느낄 수 없습니다. 그래서 옛날 사람들은 지구가 자전하는 것이 아니라 하늘(천구)이 회전한다고 생각했습니다. 태양을 비롯한 별들이 지구를 중심으로 돈다는 천동설(天動說)은 우리가 직접 우주 밖으로 나가서 관측할 수 없었기에 과거에는 거의 사실처럼 여겨졌습니다. 하지만, 사실은 지구가 자전하고 있기 때문에 상대적으로 정지해 있는 우주가 움직이는 것처럼 보였던 것이었습니다. 2세기 무렵 프톨레마이오스는 하늘에서 움직이는 별들과 태양의 움직임을 관찰하고는 천체의 모든 별과 태양이 지구를 중심으로 공전한다고 생각하였습니다. 이를 지구 중심설 또는 천동설이라고 합니다. 그런데 천동설을 통해 별들의 움직임을 바라볼 때 몇 가지 문제점이 발생하게 되었는데 별의 ‘연주 시차’와 금성의 모양 변화가 그것이었습니다. 별의 연주 시차란 지구가 태양을 중심으로 공전 운동을 하기 때문에 별을 바라보았을 때 별의 위치가 상대적으로 바뀌어 보이는 현상을 말하는 것으로, 지구가 천동설에서 얘기하는 것처럼 가만히 있다면 연주 시차가 나타날 리가 없기 때문에 천동설로는 연주 시차를 설명할 수가 없었습니다. 또한 금성을 관측하면 달처럼 다양한 모양의 변화가 나타나는데 천동설에 의하면 금성은 초승달 또는 그믐달 모양으로만 보여야 했기 때문에 금성의 위상 변화 역시 천동설로는 설명할 수가 없었습니다. 16세기에 이르러 코페르니쿠스는 지구도 움직일 수 있다는 가정 아래 별의 움직임을 관찰하였고 이러한 가정이 별의 움직임을 더 잘 설명한다는 것을 알아내었습니다. 그리하여 코페르니쿠스는 지구 중심설이 아닌 태양 중심설, 즉 지구를 포함한 행성들은 태양을 중심으로 공전한다는 지동설(地動說)을 주장하게 되었습니다. 이러한 지동설은 갈릴레오 갈릴레이의 망원경을 이용한 정확한 관측을 통해 입증되었으며 이후 케플러와 뉴턴 같은 학자들이 천체 관측 자료를 바탕으로 별의 연주 시차, 금성의 모양 변화 등 천동설로는 설명할 수 없었던 현상들을 지동설로 설명해 내면서 지동설이 옳다는 것이 증명되었습니다. "그래도 지구는 돈다." 갈릴레오 갈릴레이가 지동설을 주장하는 책을 쓴 이유로 1633년에 종교 재판받고 앞으로 지동설을 주장하지 않을 것을 약속한 후 집으로 돌아오며 했다고 전해지는 말입니다. 당시 사람들에게 지구가 움직인다는 것은 믿기 어려운 사실이었지만 지금은 지구가 운동한다는 것을 누구나 알고 있습니다. 그럼 이제 지구의 운동에 대해서 알아볼까요? 지구는 1시간에 약 1,670km의 속도로 서쪽에서 동쪽으로 회전(자전)하면서, 태양을 둘러싼 대략 9억 6천 만km에 달하는 타원 궤도를 1년 동안 돌고(공전) 있습니다. 지구의 운동으로 생기는 현상 중 대표적인 것은 일주 운동과 계절 변화인데 일주 운동은 지구의 자전에 의해 생기는 현상이며, 계절의 변화는 지구의 자전축이 기울어진 상태로 공전하기 때문에 생기는 현상입니다. 우리는 매일 하늘에 뜨고 지는 해처럼 별들과 행성들도 동쪽에서 떠서 서쪽으로 지는 현상을 볼 수 있습니다. 그런데 태양과 별은 움직이지 않고 한곳에 머물러 있습니다. 그러면 이들은 왜 움직이는 것처럼 보이는 것일까? 그것은 우리가 사는 지구가 서쪽에서 동쪽으로 자전하기 때문입니다. 지구가 서쪽에서 동쪽으로 자전하기 때문에 지구 위에 있는 우리에게는 태양이 마치 동쪽에서 떠서 서쪽으로 지는 것처럼 보이게 되는 것입니다. 하늘의 별들이 하루에 한 바퀴 회전하는 것처럼 보이는 것 또한 지구의 자전으로 인하여 나타나는 현상입니다. 실제로 하늘의 별들은 고정되어 있지만 지구가 매일 한 바퀴씩 회전하기 때문에, 북극성을 포함한 모든 별은 지구 자전축을 중심으로 동심원을 그리는 것처럼 보이게 됩니다. 이렇게 한 바퀴를 도는 데 약 23시간 56분이 걸리며, 이는 지구의 자전 주기와 같습니다.
코페르니쿠스 - 폴란드 출신의 천문학자. 그는 우주가 태양을 중심으로 회전한다는 지동설을 주장 한 것으로 유명하다. 이것은 이전까지 전해져 오던 프톨레마이오스의 우주론을 뒤엎는 것으로 혁명적이었다. 그의 저서 코멘타리오루스'Comentariolus(1510)'와 천체 회전에 관하여'De Revolutionibus Orbium Coelestium(1543)'에서 지동설을 언급했으며, 특히 천체 회전에 관하여'De Revolutionibus Orbium Coelestium(1543)'에서는 지동설을 바탕으로 실제 천체궤도를 계산하였다. 하지만 코페르니쿠스의 지동설은 관측 결과와 완전히 부합하는 것이 아니어서 이후 케플러, 갈릴레오, 뉴턴 등 많은 과학자에 의해서 수정되고 보완돼 왔다.
갈릴레오 갈릴레이 - 이탈리아의 철학자이자 과학자, 물리학자, 천문학자이며 과학 혁명의 주도자. 천문학의 아버지로 과학적 방법의 개척자이며, 1609년 네덜란드의 망원경의 소문을 듣고 그것보다 20배 고배율의 망원경을 직접 제작하였다. 그 후 관측으로 목성의 위성 발견하여 천동설에 불리한 증거를 제시하여 탄압받는 계기가 되었다. 또한 달 관측에서 어두운 부분을 '바다'라고 생각하였고(지금도 바다라고 부르고 있음), 금성이 차고 기울 때 크기의 변화까지 관측하였다. 태양의 흑점을 관측한 최초의 서양인이며, 이런 관측 결과로 지동설을 찬성하지만 탄압으로 인하여 그 후에 지동설을 언급할 수도 없게 되었다. 또 은하수가 항성들의 모임이라는 것도 발견하였다. 지동설 주장으로 제1회 이단 심문소심사에서 로마교황청으로부터 지동설 언급에 주의받았으며, 그 후 1633년 제2회 이단 심문소심사에서 종신형을 선고받았다.
요하네스 케플러 - 독일의 수학자이자 천문학자, 점성술사. 그는 케플러의행성운동법칙으로 유명하며, 이것은 그의 저서인 신천문학, 우주의 조화, 코페르니쿠스의 천문학 개요를 통해 법칙을 정립하였다. 또한 이 저작들은 이후 아이작 뉴턴이 만유인력의 법칙을 확립하는데 기초를 제공했다. 그는 굴절 망원경을 개조하여 성능을 향상한 케플러식 망원경을 개발하였으며, 동시대 인물인 갈릴레오 갈릴레이의 망원경을 이용한 발견이 공식적으로 인정되는데 공헌하였다. 3차원의 공간에서 구를 가장 밀집하게 배열하는 방식인 케플러의 추측도 고안해 냈다.
아이작 뉴턴 - 영국의 물리학자이자 수학자, 천문학자. 1661년에 케임브리지 대학교 트리니티 갈리지에 입학하여 대학생 시절부터 프랜시스 베이컨과 르네 데카르트 등 초창기 과학자의 저서에 주석을 달았다. 그는 이항정리를 발견하였고 기하학과 원자론을 공부했으며 연금술의 근본 사상인 헤르메티시즘을 접하여 평생 연금술에 관심을 가지는 계기가 되었다. 1665년에 흑사병의 유행으로 2년간 고향으로 돌아가 과학과 철학에 대해 많은 사색을 하였고 이 시기에 중요한 발견을 많이 해냈다. 1667년 다시 학교로 돌아와 석사학위를 받았고, 그다음 해 반사 망원경을 만들었다. 또한 1675년에 박막의 간섭 현상인 뉴턴 환을 발견하여 입의 입자성을 주장하였다. 약 20여년의 기간 동안 만유인력에 대해 구상을 하여 프린키피아(자연 철학의 수학적 원리)에서 케플러의 3 법칙과 갈릴레이의 지상 물체의 운동, 호이겐스의 진동론 등을 종합하여 물체의 운동 및 만유인력의 기초 법칙을 정립하는 이론을 세웠다.
프톨레마이오스 - 고대 그리스의 수학자이자 천문학자, 지리학자, 점성학자. 그는 자기의 저서인 알마게스트(Almagest)를 통해서 천동설을 주장하였다. 그 이전에 내려오는 천동설에 유효한 자료를 추가하여 지구를 중심으로 한 주진원설을 설명하기 위해 동시심(equant)의 개념을 도입하였다. 또한 그는 태양과 달 행성의 위치를 계산하였고 그에 따른 일식과 월식을 계산하는 방법을 설명하였다.