일반지구과학 및 실습

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일반지구과학 및 실습 II

1 주 차 모 든 학 문 의 시 작 , 천 문 학

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1. 고대에서 현대까지

천문학은 모든 학문의 시작이라고 하는

이유는?

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천문학, 어떻게?

빛

?

인간이 우주에서 받는 유일한 정보원?

어디서

얼만큼

어떻게

측성학

측광학

분광학

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우주에서 오는 빛을 연구하다 . . .

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우주에 대한 근원적인 질문에… 과학으로 답한다!

천문학

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관찰 1

이론

창조적 상상력

관찰의 이론 적재성

관찰 2

1. 쪼갠다

2. 의미를 부여한다 3. 연결한다

2 . 1 과 학 에 서 관 찰 과 이 론 의 관 계

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^

1. 쪼개기 2. 의미부여하기

3. 연결하기

과학

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8

8

빛

맨눈 망원경

빛의 연구 쪼개보기

움직이지 않음

움직임

항성 행성

운동 법칙

의미

점성술 우주관

우주관

지구중심설 지구는 둥글다 지구의 크기는?

하늘의 변화 행성운동

태양중심설 금성위상변화

행성의 역행운동

그리스 자연철학

현대과학

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관찰 1 이론

기본적 물음: 아르케(근원,원리)?

돌을 놓으면 왜, 그리고 어떻게 떨어지는가?

태양과 행성돌은 하늘에서 어떻게 움직이는가?

물체가 떨어진다 행성들은 하늘에서 떨어지지 않는다 물체는

직선으로 떨어진다

행성들은 떨어지지 않고 원을따라 움직인다

지상세계 천상세계

• 지상에서 원래의 위치로 가장 빠르게 가는 길은 직선이다.)

• 신들은 완벽하고 신들의 천상세계 역시 기하학적으로 완벽한 형태인 구형과 원형으로 이루어져있다.

• 완전히 구형인 행성은 원형궤도를 따라 움직인다.

(바구뢰, 2003, pp. 59-60)

2 . 2 그 리 스 자 연 철 학

Pythagoras (582-500 BC) 10

지구는 구형!

왜? • 달과 태양은 구형,

• 구와 원은 좌우 대칭형태,

• 신들은 구형을 좋아한다!

• 만물의 근본(아르케)은 수(Number)로서 재료가 아니라, 바탕에 깔린 어떤 질서, 어떤 원리를 포착하고자 하였다

• 관찰보다는 직관적 사고를 더 중시하는 경향은 Platon에 계승되어 오늘까지 이어오고 있다

Platon (427-347 BC) 11

우주는 간단한

기하학적 모형이다.

지구는 우주의 중심이며

회전하는 수정 구들의 중심

왜?

구형과 원형으로 설명되는

기하학적인 세계에서 모든 천체는

등속원운동한다

• 감각을 통해 알 수 있는 현상의 세계보다는 정신의 사유를 통해 접근 할 수 있는 이념의 세계,

• 이러한 이데아 세계가 현실의 감각적인 세계를 있게 하는 존재의 근원 이다.

• 즉 이성을 강조

• 이러한 영원불멸의 세게 추구의 길은 교육이고 그런 교육을 받은 철학자에 의한 철인정치 (질서와 계층사회)

Aristoteles (384-322 BC) 12

흙, 물, 불, 공기로 이루어져 있으며, 본래의 장소로 향하는 자연의 경향성이 있다 지상세계

천상세계

에테르로 구성되어 있으며, 등속원운동을 한다

• 경험 과학적 소유자

• 우리 주위를 둘러싼 모든 현상을 보이는 그대로 중시해야 한다.

• 현실세계를 질료(플라톤의 이데아)와 형상으로 나눔

• 질료는 형상으로 가고자 하는 목적이 있으며 0그 목적을 완성하기 위해 계속 변화하고 운동한다고 주장

• 지구는 구형이다고 주장

• 월식때 지구의 그림자가 둥글다

• 남쪽으로 갈수록 북극성의 고도가 낮아진다

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보이는 것은

이데아의 모방일 뿐이다 플라톤 사상

아리스토텔레스 사상

보이는

그대로가 중요

신플라톤주의로 발전하여 태양중심설의 근거

지구 중심설의 근거 공통점:

계층의 질서가 요구되는 계급사회를 강조

• 그리스 Aristoteles 사고는 2000년 동안 서양 사고 지배

• 과학적인 이유: 관측 을 중요시.

• 사회적인 이유: 질서와 계급, 그들의 자존심을 보호하려는 교회와 권력자들이 선호

• 경제적인 이유: 농경사회에서는 다양성보다는 다수의 하층민이 요구된다.

• 개인적인 이유: 상식적인 경험지식들로 이해하기 쉽다.

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Aristoteles 에 의한 경험 관찰로 부정됨

Aristarchus (310-230 BC)

항성시차 측정 실패

지구가 정지 해 있거나

“별 들이 엄청나게 멀리 있어야 된다.”

• 고대 그리스 사색가들에게는 그들의 우주가 그렇게 크지 않았고, 우주의

중심이 지구라는 자신들의 특권 의식이 강했다.

• 결국

지구중심의 세계관으로 후퇴하여 2000년 동안 서양을 지배하였다

• 고대의 코페르니쿠스

• 지구가 태양주위를 돌고 있다고 주장 (태양중심설)

아리스타르쿠스 태양중심설:

1. 지구의 위치가 고정되지 않는다는 증거를 제시하기 어려웠고 2. 지구가 우주의 중심이라는 인간의 자존심에 반하였다

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Ptolemy (85-165 A.D.)

설명과 예측이 가능하기 때문에 그 후 1500년간 지지되었다. 그러나 실재라기 보다는 설명하기 위한 도구역할이 강했다.

2 . 3 헬 레 니 즘 시 대 과 학

•

Almagest: 지구 중심 설에 의한 천체운동을 집대성

•

근거 :

•

Hiparchus(190-120 B.C.)의 이심원과 주전원

•

Aristoteles 의 등속원운동과 지구 중심설

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Copernicus (1473-1543)

달력 개혁의 필요성 사회적 원인

문화적 원인 신플라톤 주의 • 단순성이 과학이론의 선택기준

• 오캄의 절약의 법칙

1. 아리트토텔레스의 영향으로 원형 행성 궤도를 도입하였기에 관측과 일치하지 않았다 2. 항성시차를 제시하기 어려웠다

3. 운동하는 지구가 위성을 가지고 있음을 설명하기 어려웠다

4. 지구중심설이 당시 모든 과학과 사회의 기준이었기에 저항이 아주 컸다 5. 인간의 상식과 자존심의 문제가 되었다

2 . 4 근 대 천 문 학

• 근대천문학을 탄생시킴

• “천체의 회전에 대하여”라는 책을 저술하여 태양중심설 주장

Galileo (1564-1642) 17

목성 위성 발견 달의 산맥과

분화구 태양의 흑점

• 지구 외에 또

다른 중심을 발견

• 지구도 달을 동반하여

• 움직일 수 있다.

달도

지상과 같은

원소로 되었으므로, 천상계와 지상계는

다르지 않다.

• 천상계도

지상계와 마찬가지로 완벽하지 않다.

• 같은 법칙이 적용

보이지 않던 천체의 발견

우주가

인간을 위해 창조되었음을

의심하게 함

그러나, 지구의 위치가 고정되지 않는다는 결정적인 증거인 항성시차를 보여주지 못해 지구가 운동한다는 간접적인 증거만을 제시하였다.

• 현대과학의 시작

• 망원경을 개발하여 천체들을 관측

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신의 목적에 따른

행성들의 조화 운동

Kepler (1571-1630)

• 티코브라혜(1546-1601)의 관측자료를 이용하여 행성운동의 3가지 경험법칙 발표

• 원운동을 부정: 행성의 타원공전궤도

케플러의 행성운동에 관한 법칙

각 행성은 태양을 초점으로 하는

타원궤도를 따라 태양주위를 회전한다 제 1법칙

행성과 태양을 잇는 동경은

같은 시간간격에서 같은 면적을 지나간다 제 2법칙

행성의 공전주기의 제곱은

궤도 장반경의 세제곱에 비례한다 제 3법칙

코페르니쿠스 체계의 틀에서 행성운동을 기하학적으로 정확히 설명해 준다!

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• 고전 역학의 확립,

• 기계론적이고 결정론적인 자연관,

• 신비한 신보다는 과학적인 원인 추구

Newton (1643-1727)

• Kepler(1546-1601) 의 경험법칙을 이용하여 만유인력 이론을 발표:

• 지상과 천상에 보편적(universal)으로 적용되는 이론으로 통합

• 목적론적 설명 부정

• 운동의 방향을 전환시키는 것은 만유인력이 원인이라는 인과론적 설명 주장

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• 뉴턴은 아리스토델레스의 자연운동을 공격

• 떨어지는 사과와 회전하는 달에는 같은 물리법칙이 적용된다

우주에서 천체의 운동에 대한 규명이

현대적으로 이해되기 시작!

천문학 발전사 22

Newton (1643-1727) Kepler (1571-1630) Galileo (1564-1642)

Copernicus (1473-1543

Ptolemy (85-165 A.D.) Aristarchus (310-230 BC)

Aristoteles (384-322 BC) Platon (427-347 BC)

Pythagoras (582-500 BC)

고대 천문학

근대 천문학

우주를 연구하는 과정을 통해

철학, 수학, 과학등 모든

학문이

시작되었다!

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1. 천상의 세계와 지상의 세계는 같은 물리 법칙이 적용된다 (뉴턴)

2. 우리의 자존심과 일상적인 경험을 보호하려는 우리의 경향에 반하여 불복하려는 것이 과학의 역사이다 (세이건)

3. 과학이론은 안정적이고 잠정적이고, 창의적인 구성물이다

4. 학생들의 믿음과 상식을 보호하려는 학생들의 경향과 새로운 개념과의 갈등을 해소 하는 것이 학생이 과학이론의

학습과정이다.

5. 과학도 예술과 마찬가지로 아름다움을 추구한다.

우주에서 받는 유일한 정보원인 빛을 연구하는 천문학을 시작으로 현대과학이 발전하기 시작하였다!

천문학에서 시작된 과학의 특징