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일반지구과학 및 실습 Ⅰ
4 주 차 과 학 으 로 서 천 문 학 - 코 페 르 니 쿠 스 혁 명 -
현 재 과 학 이 라 고 여 겨 지 는 모 든 것 은 유 럽 의 르 네 상 스 시 대 에 일 어 났 다
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3. 코페르니쿠스 혁명
코페르니쿠스는
지구중심의 프톨레마이 모형을 전복시키는
활동을 시작하고
있었다
3 . 1 코 페 르 니 쿠 스 , 티 코 , 케 플 러 는
3어 떻 게 지 구 중 심 모 형 에 도 전 하 였 는 가 ?
코페르니쿠스 혁명은 여러가지 면에서 현대과학의 시작이 되었다
태양중심 모형
대한 아이디어 관측자료 수집 관측자료 분석 망원경 관측
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코 페 르 니 쿠 스
그리스 철학자들은 현대과학의 토대를 닦는데 도움이 되는 노력을 기울였다
• 폴란드 천문학자
• 프톨레마이의 모형을 기반으로 한 행성운동이 점점 부정확해진다는 것을 인식하면서 개선책을 찾아나서는 모험시작
• 태양중심의 아이디어에서 간단한 기하학적 관계를 발견
• 지구가 움직인다는 아이디어가 불합리하고 어리석다는 평판에 대한 두려움 때문에 자신의 작품이 출판되는 것을 주저함
• 사후인 1543년 5월에야 천구에 관하여라는 책이 출간되어 태양중심의 아이디어가 확산될 수 있었음
• 코페르니쿠스의 태양중심모형은 보다 올바른 보편적인 아이디어를 기반으로 하였지만 그 예측은 프톨레마이의 지구중심모형들보다 더 정확하지 못했다
• 왜? 지구 천체의 운동은 완벽한 원이라는 고대의 믿음을 굳게 고수했기 때문
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티 코 브 라 헤
우주모형을 검증하기 위해 육안 관측을 통해 방대한 자료를 수집하였다
• 덴마크 천문학자
• 1563년 목성과 토성의 정렬, 1572년 초신성, 1577년 혜성관측
• 덴마크 왕의 후원으로 천문대를 건설했고 1588년에는 독일 황제의 후원으로 프라하로 이동하여 관측을 수행
• 30년이 넘는 기간동안 육안관측을 수행하여 코페르니쿠스 체계를 개선시키는데 필요한 자료를 제공
• 행성이 태양주위를 돈다는 것을 확신했지만 별의 시차를 관측할 수 없어 지구가 정지상태를 유지해야한다고 결론
• 다른 모든 행성이 태양을 공전하는 동안 태양이 지구를 돌고있는 모형을 제안
육안 관측을 위한 거대한 각도기처럼 작동하는 천문대에서의 티코 브라헤
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요 하 네 스 케 플 러
티코와 본인의 관측 자료를 분석하여 태양 주위를 도는 행성의 타원궤도를 밝혀냈다
• 독일 천문학자, 티코의 조수
• 1601년 티코가 임종하면서 “내가 헛되이 살지 않았음을 증명해달라”고 케플러에게 부탁
• 초기에는 행성궤도가 완벽한 원이라고 믿고
티코의 관측들을 잘 설명하는 원계도를 찾았으나, 화성의 경우 맞지 않음
• 행성이 타원궤도라고 가정하여 놀랄만한 정확도로 행성의 위치를 예측하는 태양중심모형을 만들어 냄
• 과학의 역사에서 중요한 전환점이 됨
• 오랫동안의 시험을 거쳐 자연의 모형으로 뿐만 아니라 행성운동에 대한 기본진리로 여겨지고 있음
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3 . 2 행 성 운 동 에 대 한 케 플 러 법 칙 은 무 엇 인 가 ?
관측자료의 분석을 통해 행성운동에 대한 세가지 경험적 법칙을 발견하였다
케플러 제1법칙:
태양에 대하여 각 행성의 공전궤도는 하나의 초점에 태양이 위치하는 타원이다.
케플러의 제2법칙:
행성은 동일한 시간에 동일한 면적을 쓸고 가기에, 태양에 가까울수록 더 빠르게 운동하고, 태양으로부터 멀수록 더 느리게 운동한다
케플러제 3법칙:
• 주기 제곱은 장반경의 세제곱에 비례한다
• 태양에서 먼 행성일수록 더 느린 평균 속력으로 태양주위를 공전한다.
캐플러는 더 먼 행성일수록 더 느리게 운동한다는 사실이 태양으로부터 오는 어떤 힘의 결과라고
제안하였으나, 그 힘의 성질에 대하여는 알지 못했다. 그 후 뉴턴에 의하여 중력이라는 것이 확인되었다.
3 . 3 갈 릴 레 오 는 코 페 르 니 쿠 스 혁 명 을
8어 떻 게 확 고 히 했 는 가 ?
티코의 관측자료와 잘 일치하는 케플러 법칙은 코페르니쿠스의 태양중심설에 강력한 증거를 제시해주었지만 아직도 반대하는 학자들이 많았다
아리스토텔레스 등 고대 그리스 학자들의 2,000년 된 믿음에 뿌리를 두고 있는 세 가지 기본 반대:
1) 아리스토텔레스는 지구가 움직일 수 없다고 주장하였다. 지구가 움직인다면, 새, 낙하하는 물체, 그리고 구름 같은 것 들은 지구가 움직임에 따라 뒤처져 있어야 하기 때문이다.
2) 원형 궤도가 아니라는 아이디어는 천상계(태양, 달, 행성, 그리고 별들이 존재하는 영역)는 완벽하고 불변 이어야 한다는 아리스토텔레스의 주장과 모순된다.
3) 지구가 태양 주위를 공전할 때 생기는 별의 시차가 관측되지 않았다
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갈 릴 레 오 의 증 거
실험과 망원경관측으로 아리스토텔레스의 물리학을 뒤집을 수 있었다
• 구르는 공들로 관성 실험을 통해 지구가 움직이더라도 낙하는 물체가 지구의 움직임에 따라 뒤처지지 않는다는 것을 증명
• 공간을 통해 지구와운동을 공유하는 대상들이 지구가 움직이면서 뒤처져 떨어지지않고 머물러 있음을 증명
지구는 움직이지 않는다
천상계는 변하지 않는다
별의 시차가
관측되지 않았다
아리스토텔레스의 물리학 영향을 받은 반대의견
• 티코의 신성과 혜성관찰로 천상계가 변화가능하다는 것이 알려짐
• 망원경을 개발하여 태양의 흑점관측과 달에 산과 계곡이 있음을 발견 (천상계도 불완전하다)
• 천상계가 실제로 완벽하지 않다면 원궤도가 아닌 타원형 궤도의 아이디어도 받아들여 질 수 있음을 암시
• 티코는 자신의 육안관측이 충분히 정확하여서 시차가 관측되지 않는 것은 시차가 존재하지않는다고 믿었다
• 갈릴레오는 티코가 생각했던 것보다 별들이 매우 멀리 있다고 주장
• 실제로 증명하지는 않았지만 망원경으로 은하수가 수많은 별들로 구분된다는 것을 관측 갈릴레오의 실험 및 망원경 관측은
태양 중심의 태양계를 지지하는 코페르니쿠스의 아이디어에 확실한 증거를 제시해 주었다
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태 양 중 심 모 형 의 최 종 승 리
갈릴레오가 망원경을 통해 발견한 2가지는 태양중심모형에 승리를 안겨주었다
1) 목성의 위성 발견
2) 금성의 위상변화 관측
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갈 릴 레 오 와 교 회
갈릴레오가 승리한 것 처럼 생각하지만 당시에 그는 많은 핍박을 받았다
• 카톨릭 교회는 지구중심 우주관을 고수하고 있었다
• 1633년 6월 22일 종교재판에 회부된 갈릴레오
• 지구가 태양을 공전한다는 자신의 주장을 철회하도록 명령받음
• 자신의 생명에 위협을 느낀 70세의 갈릴레오는 명령을 따랐지만 뒤돌아서면서 “그래도 지구는 움직인다＂라고 속삭였다고 한다
• 1757년, 태양중심의 태양계라는 아이디어를 지지하는 작업이 교회의 금서목록에서 제거됨
• 오늘날 카톨릭 과학자들은 많은 천문학연구의 최전선에 있다
• 지구의 행성으로서의 지위뿐 만 아니라 빅뱅이론과 그 결과로 나타나는 우주의 진화이론들은 어떠한 갈등없이 공식적인 교회의 가르침과 서로 양립하고 있다
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요 약
참 고 문 헌
•
우주의 본질 3장•
1) 코페르니쿠스, 티코, 케플러는 어떻게 지구중심모형에 도전하였는가?
2) 행성운동에 대한 케플러 법칙은 무엇인가?
3) 갈릴레오는 코페르니쿠스 혁명을 어떻게 확고히 했는가?
