우주의 규칙을 해석하는 케플러의 행성 운동법칙 그리고 갈릴레이

우리는 보통 지구에서 생활하면서 우리의 행성이 어떻게 우주를 돌아다니는지 생각하지 않습니다. 그러나 독일의 천문학자 요한 케플러는 17세기 초에 이를 파악하기 위해 수년간의 노력을 통해 중요한 법칙을 발견했습니다. 이것이 바로 '케플러의 행성 운동법칙'입니다. 이 법칙을 이해하면, 행성이 어떻게 태양 주위를 움직이는지에 대한 아주 근본적인 이해를 얻을 수 있습니다.

1. 케플러의 첫 번째 법칙(타원 궤도 법칙)

케플러의 첫 번째 법칙에 따르면, 모든 행성은 태양을 한 쪽 끝에 둔 타원 궤도를 따라 움직인다. 이전의 가정은 행성들이 완벽한 원궤도를 돌아가는 것이었지만, 케플러는 이것이 잘못되었음을 밝혀냈습니다. 대신, 각 행성의 궤도는 타원이며, 태양은 그 타원의 한 초점에 위치한다는 것이 케플러의 발견이었습니다.

2. 케플러의 두 번째 법칙(등속면적 법칙)

케플러의 두 번째 법칙은 행성이 태양 주위를 돌아다닐 때 속도가 일정하지 않음을 설명합니다. 행성은 태양에 가까워질수록 빠르게 움직이고, 멀어질수록 느리게 움직입니다. 이것은 케플러가 '등속면적 법칙'이라고 부르는 것으로, 이는 행성이 태양과의 사이를 통과하는 영역(=면적)을 일정한 시간동안 동일하게 '쓸어 담는다'는 의미입니다.

3. 케플러의 세 번째 법칙(조화 법칙)

마지막으로, 케플러의 세 번째 법칙은 행성의 궤도주기와 그 궤도의 크기 사이의 관계를 정의합니다. 이 법칙은 행성의 궤도 주기의 제곱이 궤도 반경의 세제곱과 비례한다고 말합니다. 즉, 행성이 태양을 한 바퀴 돌아 돌아오는 시간(궤도주기)을 제곱한 값은 행성이 태양으로부터 얼마나 떨어져 있는지(궤도의 반경)를 세제곱한 값과 비례하는 관계가 있다는 것입니다. 이는 행성이 태양에 더 가까울수록 빠르게 움직이고, 멀리 떨어져 있을수록 느리게 움직인다는 두 번째 법칙과 일치합니다.

이 세 가지 법칙은 17세기에 케플러가 수년에 걸쳐 관측과 계산을 통해 발견한 것입니다. 이를 통해 우리는 지구 뿐만 아니라 다른 행성들이 태양 주위를 어떻게 움직이는지 이해할 수 있게 되었습니다. 또한, 이 법칙들은 나중에 아인슈타인의 상대성 이론 등 현대 물리학의 기반을 이루는 데도 중요한 역할을 하게 되었습니다.

결국, 케플러의 행성 운동법칙은 우리가 우주를 이해하는 데 중요한 역할을 합니다. 그것은 행성들이 태양을 중심으로 어떻게 움직이는지를 설명함으로써, 우리가 우주의 구조와 운동에 대해 더 깊이 이해할 수 있게 해줍니다. 이것은 과학자들이 태양계를 연구하고, 우리가 태양계 밖의 우주를 탐사하는데 도움을 줍니다. 이것은 또한 우리가 보는 별들과 행성들이 어떻게 이동하는지를 예측하는 데 도움을 줍니다. 이는 우리의 천문학적인 이해를 높이고, 우리가 우주에 대한 풍부한 지식을 가질 수 있게 합니다. 케플러의 행성 운동법칙은 우리의 우주 이해에 끊임없이 기여하고 있습니다. 그리고 그의 업적은 오늘날 우주과학, 물리학, 그리고 천문학의 중요한 구석구석에 그의 이름을 각인시켜 놓았습니다.

 

 한스 리퍼리는 네덜란드의 안경 제작사였습니다. 1608년 10월에 갈릴레이는 그가 멀리 볼 수 있는 특별한 기구를 만들었다는 소식을 들었습니다. 갈릴레이는 당시에 스스로 공장을 만들어 각종 기구들도 제작하였고 장비에 대한 책을 출판하였는데 그 이야기를 전해 듣고는 두 개의 렌즈로 망원경을 만들었습니다. 그리하여 갈릴레이는 최초의 망원경으로 별을 관찰하였고 프톨레마이오스의 천동설과는 상반되는 주장을 할 수 있었습니다. 

 

천문학자들은 당시에 지동설을 주장하기 보다 천동설을 주장하였습니다. 이유는 지구가 태양주위를 돌면 달이 지구의 뒤편에 있을 것이라 하였고 태양이 대신 돈다고 생각하였습니다. 하지만 망원경을 통해 목성의 위성 4개를 보았고 이를 통하여 달이 지구의 위성일 경우 지구가 태양 주위를 돈다고 하더라도 지구 뒤편에 있지 않을 것이라 생각하게 되었습니다. 망원경을 통해 얻어낸 데이터를 근거로 별 세계의 보고, 별에서 온 메신저라는 책을 냈습니다. 이것은 이탈리아어로 작성하였으며 일반인들도 받아들일 수 있을 정도로 쉽고 논리적인 주장을 하였습니다. 이로서 그는 일반 시민들에게 천문학을 알리는 선구자 역할을 해냈습니다. 그러나 갈릴레이는 종교 재판으로 가 가톨릭교회 사제들과 태양의 흑점을 두고 논의를 하다가 지동설을 주장하지 말라는 경고를 듣고 풀려났습니다. 

 

하지만 갈릴레이는 1632년에 두가지 주요 세계관에 관한 대화 라는 책을 이어 냈으며 지동설을 공개적으로 주장하였습니다. 그리하여 1633년에 다시 종교재판을 받게 되었습니다. 갈릴레이는 더이상 천문학을 연구할 수 없게 되어 물리학과 수학에 집중하였으며 역학에 대한 새로운 공부를 하였고 근대 역학의 새로운 문을 열었습니다.