2015. 8. 15. 22:27ㆍ별 이야기
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천문학(天文學)을 이해할 이유
한강 려용덕 박사
한국교회신문 발행인
뿐만 아니라 창세기에 초두에 나타나는 ‘태초에 하나님이 천지를 창조하신’ 얘기는 천문학이 확실하며, 그리스도께서 노을을 보고 그날의 흐림과 맑음을 말씀 하신 얘기도 천문학에 기초한 얘기가 확실한 것이다.
우주를 연구하는 것이 천문학이라면, 우주(宇宙)라는 것을 어떻게 이해하는가? 하는 것을 말하게 된다. 우주라는 말은 그리스어로서 ‘코스모스(κόσμος)’라고 하는데, 이는 ‘우주’, ‘전체’, ‘총체’로서 공간과 시간의 모두를 말하는 것으로서 사도행전 17장 24절에서는 질서 있는 통일체로서의 세계, 하늘과 땅을 지칭하여 쓰였다.
인류는 우주발생론(宇宙發生論; cosmogony)을 가지는데, 우연론으로 우주가 우연히 생겨났다는 학설, 이원론으로 두 대립된 원리에서 생겨났다는 학설, 진화론으로 진화의 결과라는 학설, 창조론으로 인격적 하나님의 창조를 말하는 것이다. 여기서 우주론적 증명(cosmoligical argument) 생겼는데, 이는 인과법칙이라 불리우는 사상이다. 현존하는 세계 또는 우주를 하나의 결과로 생각하고 그것의 원인으로써 하나님의 존재를 추적하는 이론이다. 아리스토텔레스와 키케로를 위시하여 중세 신학자들과 철학자들의 지지를 받았으며, 로크와 라이프니찌도 이에 동조 하였다.
그리스도의 탄생에 대한 것을 동방의 박사들이 하늘의 별의 나타남을 보고 예루살렘 아랫 마을 베들레헴까지 축하하기 위해 등장하는 일이 신약성경에 기록 된 것을 볼 수 있으며, 환상의 사람 야곱의 아들 요셉이 꿈에 해와 달과 별들을 보고 미래에 대한 꿈을 간직하고 마침내 일국의 국무총리로 등장한 얘기도 일종의 천문학적이며 점성학적으로 이해 할 수 있는 부분이라는 것을 알 수 있으며, 묵시록을 쓴 사도 요한의 문서에도 하늘의 별들 얘기를 기록하면서 그것과 인류의 미래사와 연관 지은 부분을 살필 수 있는 것이다.
모세와 바로 사이에 일어난 기적 사건에 동원된 사람이 박사들이었고, 앞에서 말한 별을 연구하다가 베들레헴에 탄생한 그리스도를 축하하기 위해 찾아온 사람들도 박사들로 우리성경에는 기록하였는데, 원문에는 ‘마고스’이므로 요술사 혹은 점성술사라고 해야 하지 않을 까 하는 생각이 들고, 동양에서의 하늘을 연구하는 하는 사람들을 점성가로 말하고 있기에 점성술도 살펴야 한다는 생각이 든다.
그리스도교의 2천년 역사에서의 그리스도교적 우주론을 어떻게 갖느냐 하는 것이 매우 중요한 것을 교회사와 교리사에서 발견하게 된다. 그것이 곧 하나님의 우주 창조론과 우주 섭리론의 발달이 된 것을 살필 수 있으므로 우리는 이 우주에 관한 것을 바로 알려면 천문학에 관심을 가져야 하고, 그 천문학을 이해하기 위해서는 기초학문인 수학과 기하와 물리학적인 자연과학을 살펴야 한다.
일반적으로 이해하는 천체 중 지구에 관한 얘기는 천체의 관측으로 지구 위에서의 위치가 알려지는 원리는 고대부터 항해하는 데 이용되어 이런 목적으로 천문학은 크게 발달하여 17세기에 망원경이 발명된 이후 프랑스의 파리 천문대가 창설되었고, 그 이전 신라시대에는 경주에 천문대가 세워진 얘기 등이 있는데 이것은 하늘을 연구하는 천문학의 도구들이 생겨난 것을 말한다.
영국의 그리니치 천문대 등의 큰 천문대가 창설되어 천문학이 연구되면서 실용적인 필요성에서 발달했다고 이해 할 수 있으며, 천문학은 시간과 공간 위치에 가장 기본적인 관측을 하는 학문이다. 이 천문학의 현대적인 발전의 공헌자들이 많지만, 그 중에 G.갈릴레이, I.뉴턴의 지식의 물리학을 낳게 하는 기틀이 되었다.
갈리레오 갈리레이의 저서인 <프롤레마이오스와 코페르니쿠스와 2대 세계체계에 관한 대화>라는 책을 약칭하여 <천문대화(天文對話)>라고 하는데, 이 책을 요약하면 지동설(地動說)의 발전의 기념비이며, 근대과학의 금자탑이라고 지목되는 고전이다.
갈릴레이는 1616년 로마 교황으로부터 지동설의 주장을 금지 당했으나, <진정한 진리의 증인으로서 세계무대에 공적(公的)을 서고자 하는 결심>하에, 1632년 2월에 이 책을 공간(公刊)하였다.
상용어에 의한 대화형식으로 독자에게 계발력(啓發力)을 심어준다. 등장인물은 세 사람으로, 이지적인 피렌체 시민에게 지동론자역(地動論者役)을, 우직스러운 아리스토텔레스파 철학자에게 천동론자역을, 상식적인 베네치아 귀족인 사그레도에게 중개적인 듣는 사람의 역을 맡기면서 4일간 대화시키는 형식을 취하고 있는데, 첫째 날은 천동설의 비판, 둘째 날은 지상의 현상에 준해서 지동설의 가능성을, 셋째 날은 천체현상에 의거한 지동설의 우위성, 넷째 날은 조석론(潮汐論)에 나타나는 지동설의 확실성을 이야기 하는데, 갈레레오는 이 책이 공간된 지 2개월 후에 로마 가톨릭 교황으로부터 이단(異端) 심문에 회부되어 금서(禁書) 및 종신 금고형을 받았다.
이 책을 서두에 소개하는 것은, 우주에 대하여 모세의 책 창세기의 첫 머리에 ‘하나님(H.elohiym=上帝; God)’이란 단어보다는 ‘태초(H.reshiyth; 太初; beginning)’라는 단어를 사용했다는 점은 천지창조의 우주적 개념을 우선하는 것이라는 이해가 되며, 모세가 창조된 과정에서 사람을 창조한 하나님의 섭리는 맨 마지막이었다는 것을 보면, 천문학적 이해를 하는 고대 그리스도교회가 되어야 함을 시사하는 것이기에 교회가 천문학을 이해하여야 할 이유를 밝히기 위한 것이고, 교회가 종교적인 무식으로 이미 있었던 BC 4세기의 아르스타르코스의 지동설을 물리치고, BC 2세기의 프롤레마이오스의 천동설을 채택한 후 근 1천여 년 동안 자연과학의 암흑시대를 만든 결과에 일어난 언필로 다 표현 못할 기막힌 전쟁사, 교회가 맑아진 현대에 과학을 외면하고 과학에 무식한 신앙만을 주장하면, 21세기는 과학시대인데, 과학적 암흑의 터널로 성도들을 인도하는 우를 범하게 된다는 얘기다.
Ⅰ. 천문학 분야
천체(天體; celestial body)라 함은, 천문학의 연구 대상이 되는 우주를 형성하고 있는 태양(太陽)·행성(行星)·위성(衛星)·달(月)·혜성(彗星)·소행성(小行星)·항성·상단(星團)·성운(星雲) 등의 총칭이다.
이 밖에 운석(隕石)·행성간물질(行星間物質)·항성간물질·우주진(宇宙塵) 등도 천체라 할 수 있다. 그러나 지구대기(地球大氣) 내에 있어서 지구에 속하는 것으로 보이는 것은 제외된다. 유성(流星)은 대기 내의 현상이기는 하나, 그 기원은 대기권 밖이므로 천체에 포함시킨다. 또 인공위성·인공행성 등은 인공천체라 하여 따로 구별해서 부르며, 지구 자체는 천문학적으로 보면 천체이지만 일반적으로는 그렇게 부르지 않는다. 이런 점에서는 정밀한 정의를 내리기란 어려움이 있다 할 것이다.
천문학을 연구 대상에 따라 여러 분야로 나누어 보면, 우주의 구조·기원·진화 등을 말하는 우주론(宇宙論), 천체의 대기의 성분·구조·내부구조·에너지원(源)·진화 등을 연구를 하는 천체물리학, 천체의 위치를 측정하여 측지학(測地學)의 연구를 하는 위치천문학, 천체의 운동을 연구하는 천체역학(天體力學) 등이 있다.
이들은 주로 천체에서 오는 빛을 관측하는 것으로 광학천문학(光學天文學), 천체가 내는 적외선(赤外線)·자외선(紫外線)·X선·γ선 등을 관측하는 분야도 최근에 로켓이나 인공위성(人工衛星)에 의해 실현되었다.
이와 같은 천문학의 학문을 살피기 위하여 천문학의 권위 현정준(玄正晙)·최규홍(崔圭弘)·민영기(閔英基)·이은성(李殷晟)·조경철(趙慶哲)· 천문석(千文碩) 제 선생의 이론과 엔싸이 브리태니카 사전, 동아백과사전 등과 그 외의 전문 서적을 참고로 하여 소개한다.
1. 천문학의 기원과 역사
천문학은 본래 인간 생활의 필요에서 시작되었다. 즉, 태양·달·별들 중 항성 등의 주기적인 형상으로부터 계절의 변화와 순환을 알게 되어 농업에 필요한 달력을 만드는 일이 특히 제왕(帝王)의 중요한 사업의 하나가 되어 여기에 천문학자들의 두뇌가 이용되었다.
천체현상을 관측하여 백성에게 때를 가르친다는 관상수시(觀象授時)란 말이 고래로 임금의 사업으로 알려져 왔던 사실은 역사의 기록에 많다.
즉, 천문학자는 태양과 달의 위치를 관측하여 달력을 만들고, 동양의 경우는 일식(日蝕)이 제왕의 큰 관심을 끌었으므로 그 예보에 힘쓰기도 했다. 예보가 틀리면 천문관이 문책을 받았다는 기록도 있는데, 일식은 그 당시 국가의 흥망과 관련된 천체현상으로 믿었기 때문이다.
달력의 제작이나 일식(日蝕)·월식(月蝕)의 예보에 사용되었던 고대의 유적으로 추측하는 것은 약 4,000년 전의 유적으로 알려진 영국의 솔즈베리 평원에 있는 스톤헨지(Stonehenge)인데, 이 거대한 스톤헨지들의 방향은 태양이나 달의 출몰 방향을 나타내고 있다.
달력의 연구는 농산물의 수확과 관계가 있는데, 예를 들면 이집트에서는 나일강의 홍수기에 앞서 시리우스별이 새벽에 동쪽 지평선에 떠오르는 데서부터 시리우스의 관측은 농업에 효과를 주었다. 이 관측으로부터 1년의 길이가 365일임을 알게 되어 이집트에서는 태양력(太陽曆)이 만들어진 것이다.
그리스 시대에는 BC 5세기에는 그리스 철학자 필로라오스는 지구가 매일 ‘중심의 불’을 돈다고 했는데 그 불은 태양은 아니었고, 1세기정도 지난 후에 시라쿠스의 히세타스도 비슷한 주장을 한 것이며, BC 4세기의 아리스타르코스처럼 지동설(地動說)을 주장하는 천문학자도 있었지만, 특히 2세기의 프롤레마이오스로 대표되는 천동설(天動說)이 유력한 우주관(宇宙觀)으로 여겼다. 그는 지구가 우주의 중심에 정지하고 있으며, 그 둘레를 태양·달·행성(行星)·항성(恒星) 들이 원을 그리며 돌고 있다고 생각했다.
단순한 원운동으로 설명되지 않는 행성의 경우에는, 여러 개의 원운동을 합성한 복원운동(復圓運動)을 고안하였는데, 이러한 이론은 <알메게스트(Almagest)>(140)라는 책으로 집대성 되었다.
동양에서는 인도·중국 등에서 점성술과 관련되어 독특한 우주관이 이뤄졌으나, 달력제작·일식예보에 치중한 천문학은 그 후 별로 큰 발전이 없어 후세 청(淸)나라 시대에 이르러 서양의 근대천문학이 도입되었다.
서양에서도 중세에 이르러 천문학뿐만 아니라 널리 자연과학의 전반에 걸쳐 연구의 진전이 없었다. 이 시대에는 그리스 시대의 천문학의 집약된 <알마게스트>가 아라비아에 전승되고, 그 후 15세기에 유럽으로 다시 전달되었다. 그 후 유럽에서 자연과학의 연구가 있어 16세기 말에 폴란드의 천문학자 N.코페르니쿠스에 의해 지동설이 발표되어, 지구는 태양의 둘레를 도는 하나의 행성으로 규정되고, 태양 중심의 우주관으로 되었으나, 천체의 운동의 개념은 그리스시대의 전통을 그대로 하고 있었다.
한편, 당시 최대의 관측천문학자 덴마크의 T.브라헤는 관측기계를 정비하여 행성, 특히 화성(火星)의 4개의 위성을 발견하고, 또 물체의 낙하운동의 실험으로 역학의 법칙을 발견했다. 그 후 87년에 이르러 영국의 뉴턴은 케플러의 법칙, 갈릴레이의 실험결과 등을 통일적으로 정리하여 만유인력(萬有引力)의 법칙, 운동의 3법칙을 발견하여 물리학의 발판이 되는 뉴턴역학을 확립하였다.
뉴턴역학으로 행성·달·위성의 운동이 지동설의 입장으로부터 설명할 수 있음이 밝혀지고, 천체역학이 새로 태어났다.
2. 천체 자기장과 천문학의 실용화
뉴턴에 의해 천체역학이 탄생하는 한편, 15,16세기는 원양항해의 시대를 연 것은 콜럼버스의 아메리카 대륙 발견, 바스코 다가마의 남아프리카의 희망봉을 도는 인도 항로의 발견이 일어났다. 이러한 항해에서 배의 해상위치(經緯度)의 결정에는 천문관측에 의존하게 되었다. 여기에는 태양·달·항성의 위치특정이 필요하기에 1667년 파리 천문대, 1673년에 그리니치 천문대가 각각 창설되었고, 원양항해나 측지학을 위한 천문학의 연구가 그 주된 목적이었다.
이 시대부터 관측기계, 특히 천문시계의 제작기술이 발달되었고, 이것을 이용해서 광행차(光行差·章動)의 현상이 18세기에 발견되어, 천체력(天體曆)이나 항해력(航海曆)도 각 천문대에서 출판되었다.
파리 천문대는 주로 측지학에 치중하여 지구의 크기를 측정하고, 1790년 프랑스 학사원은 미터법을 제정하여 실용면 외에도, 한편으로 I.칸트의 우주론과 같은, 우주나 태양계의 기원에 관한 의론이 18세기에 들어 성행한다.
또 19세기에 허셜 부자(父子)는 항성의 통계적 관측으로부터 은하계(銀河系)의 구조가 탐사되었는데, 이는 항성통계학의 시초를 마련하였다. 1838년 독일 F.W.베셀은 처음으로 백조자리 61번별의 연주시차(年周視差) 0.314"를 측정하여 항성의 거리측정은 우주 측량의 첫발을 내딛은 것이다.
천체를 연구하려면 천문학적 규모의 천체자기장(天體磁氣場; astronomical)에 대한 얘기로 시작하게 된다.
즉 천체자기장의 현존 그 존재가 확인 된 것은 지구자기장·태양자기장 및 어떤 종류의 항성의 자기장이고, 그 밖에 성간공간(星間空間)이나 행성공간(行星空間)에도 그 존재를 인정할 만한 증거가 제시되어 있다. 천체자기장은 태양, 기타 항성의 대기운동, 은하계의 구조, 우주선(宇宙線)의 기원과 그 발달 등의 문제로 매우 중요한 구실을 하는 것으로 생각된다.
이런 점에서 천체자기장의 연구는 근년에 와서 특히 중요시 되었다. 태양에서는 수(數) 가우스 정도의 일반자기장과 수천 가우스의 흑점자기장(黑點磁氣場)이 있다.
금성·화성·달의 경우에는 자기장이 검출되지 않고 있다. 또 지구 근방의 행성간 공간에서는 태양으로부터의 자력선(磁力線)이 나사선상으로 뻗어있어, 10만분의 1 가우스 정도의 세기를 지니고 있다. 그리고 태양으로부터 튀어 나오는 하전입자(荷電粒子)의 운동은 이것에 크게 영향 받고 있다.
성간공간에서는 은하계의 팔을 따라 편광현상(偏光現象)이나 스펙트럼선의 제만효과 등으로 10만-100만분의 1 가우스의 자기장이 있다는 것으로 생각되고 있다.
초신성(超新星)의 잔해 등 수많은 전파원(電波源)으로서 강한 자기장내를 고(高)에너지의 전자(電子)가 통과할 때 나오는 싱크로트론 복사(輻射)가 관측되었다.
또, 이와 같은 장소에서는 자기장이 우주선의 가속에 커다란 구실을 하고 있는 것으로 생각된다. 자기장이 강한 별로는 수천 가우스의 변동하는 자기장을 지니는 자변성(磁變星)이 있다.
맥동성(脈動星)에서는 자기장이 10조 가우스에 달하지 않을까 추측하는 학자들도 있다고 천문석 선생이 증언 했다.
3. 천체역학의 발달
천체역학(天體力學; celestial mechanics)에 있어서 역학의 원리를 천문학에 응용하여 천체, 주로 태양계 내의 행성·위성·달·혜성 등의 운동을 연구하는 천문학의 한분과로서, I.뉴턴은 역학에 대한 3개의 법칙과 만유인력(萬有引力)의 법칙을 발견하였고, 행성운동에 관해서는 J.케플러의 3개의 법칙으로 설명할 수 있는데, 역학의 연구로 천체역학이 시작되었다.
두개의 물체 간의 운동을 다루는 문제를 2체문제(二體問題)라고 하는데, 이 문제는 뉴턴이 처음을 취급하고, L.오일러에 의해서 이론이 완성되었으나, 3개의 물체 간의 운동을 다루는 3문제는 뉴턴 이래 J.L.라그랑주, J.H.P.푸앵카레 등에 의해 연구 되었고, 금세기 초 K.F.선드만에 의해 해(解)의 존재는 밝혀졌으나, 아직까지 해는 구해지지 않고 있는 실정이다.
이유는 3차원 공간에서 3체문제는 3x6=18개의 적분자상수가 필요한데, 현재까지는 운동량의 보존에서 3개, 질량중심의 적분에서 6개, 에너지의 적분에서 1개, 그리고 교정(node)과 시간의 소거에서 각각 1개씩 얻을 수 있어, 모두 합해도 12개의 적분상 수 값밖에 얻을 수 없다. 3체문제에 있어서 또 하나의 어려운 점은 2개의 물체가 충돌하는 경우인데, 그 때 퍼텐셜 에너지는 GM/r에서 거리 r가 0에 가까워 질 때 전체의 값은 무한대가 되어 이것을 천체역학에서는 특이점(特異點)이라고 부른다.
이 특이점은 1907년 선드만에 의해 2차원 공간에서 정칙화라는 방법으로 완전히 해결을 보았으나, 3차원의 경우에는 최근에 P.쿠스탄해이모와 E.스티펠에 의한 K-S 변환으로 완전해결을 보았다.
이 K-S 변환 때문에 최근에는 컴퓨터를 사용하여 250개의 물체의 운동에 대한 수치해(解)를 얻고 있는 실정이다. 3체문제는 일반적으로 엄밀한 해(解)는 얻을 수 없지만, 섭동(攝動)의 방법에 따라 급수를 전개시킨다든지 또는 운동방정식(運動方程式)을 직접 수치적분을 함으로써 근사적인 해는 구 할 수 있다.
천체역학분과에 궤도결정론(軌道決定論)이 있는데, 이것은 6개의 궤도요소를 알게 되면 천체의 위치를 계산하여 다음에 나타날 천체의 위치를 추산 할 수 있고, 이것과 새로운 관측결과와 비교하여 6개의 궤도요소를 개량하게 된다.
지구와 마찬가지고 달이나 행성의 자전운동(自轉運動)으로부터 천체의 모양을 연구하는 것도 천체역학의 한 분야이다. 천체를 질점(質點)이 아닌 천체라고 생각하며, 상호간의 조석작용이 궤도에 얼마나 영향을 미치는가에 대한 조석진화(潮汐進化)의 이론은 지구와 달의 두 가지 놀라운 현상인 달의 동주기자전(同週期自轉)과 조석진화에 응용되고 있다.
최근에 인공위성이나 달 로켓, 행성간 로켓의 운동을 구명하기 위해서 천체역학의 연장 내지는 응용으로 우주동역학(宇宙動力學)이라는 하나의 학문이 탄생된 것도 천체역학의 공로이고, 현재는 레이더나 레이져의 발달로 행성의 위치를 몇 cm이내의 오차까지 정확하게 계산하게 되었다,
그래서 18,19세기는 천문학시대라고 할 수 있다. 행성의 섭동론(攝動論)·삼체문제(三體問題)의 연구가 시작되고 해석역학(解析力學)의 기초가 만들어지며, P.S.라플라스의 천체역학의 대저가 출판된 것은 18세기이다.
1801년 1월 1일 소행성(小行星)의 제 1호 케레스(Ceres)가 발견되었고, 그 궤도결정에 K.F.가우스가 새로운 방법을 고안하여 오늘의 궤도론(軌道論)의 기초가 된 것이다. 46년 프랑스의 U.J.J.르베리에와 영국의 J.C.애덤스는 서로 독립적으로 새로운 행성의 궤도계산에 성공하였다.
즉, 1781년 허셜이 발견했던 천왕성(天王星)의 운동을 조사한 결과, 이보다 바깥쪽에 새로운 행성을 발견, 그 위치를 계산하였는데, 베를린 천문대는 실제로 그 예보된 위치로부터 1° 이내인 곳에서 새로운 행성(海王星)을 발견하였다.
뉴턴역학은 천문관측을 토대로 확립되어 그 정확함은 해왕성의 발견으로 더욱 굳혀진다. 한편, 19세기에 들어서 수성(水星)의 근일점(近日點)의 이동이 주로 뉴턴역학으로 설명되지만, 그 중 1/10에 해당하는 부분이 설명되지 않음이 밝혀졌는데, 이는 20세기에 와서 A.아인슈타인의 일반상대성이론(一般相對性理論)에 의해 비로소 해결을 보았다.
항성의 위치를 측정하는 일도각 천문대에서 실시되어 여러 항성목록이 발행되었다. 그 중 유명한 것은 19세기 중엽 독일의 본 천문대에서 작성된 <본 성표(星表)>인데, 여기에는 32만5,000개의 9.2등보다 밝은 항성의 정밀한 위치와 밝기가 실려 있다. 이러한 성표의 사용으로 움직이는 행성이나 혜성과 같은 천체의 위치변동을 측정하기 쉬워졌고, 소행성의 발견도 도움을 받게 되었다.
지금까지 말한 것은 천체역학·위치천문학을 포함하는 고전천문학(古典天文學) 분야인데, 이에 대해 19세기에 와서 발달한 분광학(分光學)·열역학(熱力學) 등 물리학의 지식, 사진기술의 발견을 이용한 결과 천체물리학의 연구가 시작되었다고 최규홍 선생이 밝혔다.
4. 천체물리학
천체물리학(天體物理學; astrophysics)은 항성의 물리학이라고 할 수 있는데, 루트는 가장 가까운 항성인 태양 연구로부터 시작한다. 별과 항성계의 물리적인 상태와 진화를 연구하는 학문으로 천문학의 한 분과, 천문학을 대별하면 천체의 위치운동을 주로 다루는 고전천문학(古典天文學)인 위치천문학(位置天文學)과, 그리고 천체측광학(天體測光學), 천체분광학(天體分光學), 항성내부구조(恒星內部構造)·항성대기(恒星大氣)·항성진화(恒星進化) 등 관측과 이론의 양폭을 다루는 천체물리학을 말하는데, 어원(語源)은 두개로서 열(熱)을 의미하는 astron과 성질(性質)을 의미하는 그리스어 physic 또는 physis로 구성되어 있다.
천체물리학은 위치천문학과 달리 역사가 짧은 새로운 학문으로 1814년 독일의 J.프라운호퍼가 태양의 스펙트럼 속에 많은 검은 선을 발견하여 천체분광학이 시작되는데서 실제로 진전을 보았다. 후에 사진 기술이 천문학에 도입되었고, 스펙트럼 가운데의 어두운 부분은 특정한 원자(原子)나 분자에 의한 흡수에 기인하는 것이 밝혀짐으로서 천체분광학이 발달하게 되었다.
이 검은 선은 태양이나 항성의 대기 속에 들어 있는 원자나 분자가 빛을 흡수하는데서 유래한다.
스펙트럼 가운데의 흡수선과 휘선(輝線)의 파장으로부터 우리는 항성대기의 화학조성을 알 수 있고, 그의 이온화(電離) 상태로부터 별의 표면온도를 알 수 있게 되었다.
이 흡수선을 자세히 조사하면, 천체의 화학성분이나 표면의 온도·압력 등에 관한 지식이 얻어지며, 이에 의해 항성의 온도에 따른 분류가 가능하고 천체물리학의 연구에 도움이 된다.
태양의 흑점(黑點)의 11년 주기, 태양자전의 적도가속(赤道加速)이 흑점의 이동으로부터 발견된 것은 19세기 중엽의 일이고, 1861년에는 스위스의 취리히 천문대의 R.볼프에 의해 제안된 혹점 활동을 나타내기 위한 흑점상대수(黑點相對數)는 현재도 쓰이고 있다. 같은 무렵 일식관측을 위한 원정대는 태양의 외부대기인 코로나(corona)의 연구를 시작하여, 70년의 개기일식(皆旣日蝕)에서는 섬광(閃光) 스펙트럼이 처음으로 촬영되어 태양대기의 구조연구에 도움이 되었다.
1938년 H.베테에 의해서 오래 지속되는 별의 에너지원이 열핵융합반응(熱核融合反應)임이 밝혀졌고, 항성내부의 구조를 알려는 이론적인 연구가 시작된 별의 일생을 알 수 있게 된 것이 천체물리학의 공헌이라 할 수 있고, 특히 코로나와 채층(彩層)은 일식 때마다 관측되었고, 태양의 흑점과 지구상의 현상과의 관계는 지구물리학자의 연구의 대상이 되었다.
우리은하계에 있는 별에서부터 멀리 있는 은하계나 성운(星雲) 가운데 있는 개개의 별들은 거대한 반사망원경을 사용하여 개개의 별들의 물리적 상태를 알게 되었으며, 항성진화의 이론과 성단(星團)과 은하의 관측결과를 비교하여 성단과 은하의 나이를 알게 되었다.
별들 중에는 쌍성(雙星)도 많고, 맥동(脈動)하는 별도 있으며, 이것들은 거기서 나오는 빛의 세기가 변하게 되는 변광성인 경우가 많다. 이런 변광성의 연구는 먼 거리에 있는 성운까지의 거리를 측정하는 데 사용되기도 한다.
20세기에 와서 천문학은 물리학과 관측기술의 발달과 더불어 급격한 진전을 보았다. 1910년대 미국 윌슨산 천문대의 40인치 망원경, 20년대의 100인치 망원경, 40년대에는 미국 팔로마산 천문대의 200인치 망원경이 등장하여 관측이 가능한 천체의 거리는 급속히 늘어났다. 이런 큰 망원경에 잡히는 먼 천체는 개개의 항성이 아니라 항성의 집단인 은하(銀河) 또는 그들의 집단들이다. 이들은 우리 태양계가 소속하는 우리 은하와 비등한 규모의 별의 집단인데, 그 거리가 멀기 때문에 큰 망원경으로도 거의 빛나는 작은 점이나 구름처럼 보이기 때문에 처음에는 성운(星雲)이라 하였으나, 그 거리가 밝혀진 결과 이것이 우리 은하계 안에 있는 성운과는 달리 별의 집단, 즉 다른 은하임이 밝혀진 것이다.
우리 은하는 지금이 약 10만 광년인 얇은 렌즈형의 집단이며, 태양은 그 중심에서 약 3만 광년 떨어진 변두리에 자리한다. 이 은하 속에는 태양과 비등한 별들이 약 1,000억 개 이상 들어 있는데, 이것은 우리 태양계가 은하중심 둘레를 약 250km/sec의 속도로 원운동을 하고 있다는 계산이 된다.
I.칸트는 넒은 바다에 섬이 흩어져 있듯이 우주 속에 이런 은하들이 흩어져 있다고 생각하여 섬우주(島宇宙)란 말로 은하를 표현, 이런 은하가 현재 관측이 가능한 우주공간에 약 1,000억 개가 존재한다. 이 은하들에서 오는 빛의 분광사진을 찍어 보면 그 스펙트럼선이 파장이 긴 붉은 색 쪽으로 이동한 것이 밝혀졌는데, 이것은 은하들이 우리로부터 멀어져 가고 있기 때문에 나타나는 도플러 효과로 생각되어, 1929년 E.P.허블은 은하들의 후퇴속도가 그 거리에 비례해서 늘어나며, 따라서 우주가 전체로서 팽창하고 있다는 것을 밝혔다. 이러한 관측과 아인슈타인의 일반상대성이론이 우주론의 발판이 되었다.
항성의 물리학도 관측·이론 양면으로 발달, 이론면에서 보면 물리학에서 양자역학(量子力學)의 탄생으로 스펙트럼선의 이론이 밝혀지고, 또 전리(電離)의 이론에서 원자의 전이도(電離度)와 온도의 관계가 밝혀지면서 항성의 표면온도가 결정되기에 이르렀다.
항성의 실제 밝기는 관측된 겉보기의 밝기와 그 거리로부터 계산될 수 있다. 덴마크의 E.헤르츠스프룽과 미국의 H.N.러셀은 별의 표면온도와 실제 밝기 사이의 관계를 그래프로 나타낸 HR도(圖)를 처음 만들었고, 이 그래프에서 대부분의 가까운 별들이 이루는 주계열(主系列)의 별들과, 크기가 태양의 수백 배 이상 되는 큰 별(巨星)과 초거성(超巨星), 반대로 크기가 태양의 수백분의 1에 불과한 백색왜성(白色矮星) 등이 분류되었다.
별의 표면온도는 스펙트럼이라 하는 분광사진에 의해서만이 아니라 광전관(光電管)을 써서 3개의 필터로 각각 별의 발기를 측정하여 별의 빛깔을 알아내어도 알 수 있다. 항성의 내부구조에 관한 이론적 연구도 이러한 HR도와 같은 별의 표면의 자료로부터 많이 진전되었다.
예를 들면, 표면온도가 6,000K나 되는 대양의 경우 그 중심온도가 1,000만 K를 넘고 중심압력은 20억 atm에 가깝다는 계산이 된다. 이와 같은 고온·고압에서는 수소 H의 원자핵이 서로 결합해서 헬륨 He의 원자핵이 생기고 이 때 막대한 열이 발생한다는 것이 원자핵물리학에서 밝혀졌으며, 이는 태양이나 별이 내고 있는 빛의 근원임을 밝힌 것이다.
한편 이러한 원자핵 반응으로 별의 내부의 화학성분이 변하면 별 전체의 구조가 서서히 변하고, 따라서 표면온도나 실제 밝기가 달라져서 HR도에서 별이 자리하는 위치가 변하는 항성의 진화가 일어난다고 이해된다. 오랜 시간으로 계산되는 것이기는 하지만 별도 생물처럼 성장하고 늙고 소멸되는 일생을 산다고 할 수 있다.
별 사이의 공간에는 수소를 주성분으로 하는 엷은 성간물질(星間物質)이 흩어져 있음이 관측으로 밝혀졌는데, 이 물질이 스스로의 무게로 뭉쳐서 수축함에 따라 내부의 온도가 오르고, 1,000만 K 정도가 되면 앞의 원자핵반응으로 스스로 빛을 내는 항성으로 다시 태어나게 된다. 이 때 별은 주계열의 별로 생각된다. 내부의 원자핵반응이 진척됨에 따라 별의 진화가 서서히 진행되는데, 그 진화의 속도는 무거운 별일 수록 빠르다는 계산이 나온다.
이유는 별이 무거울수록 중심온도가 높고, 원자핵반응이 활발히 일어나서 단위시간에 많은 에너지를 발생하여 공간으로 발산하기 때문이다. 주계열의 별은 차츰 팽창하고 표면온도가 낮아진 거성으로 진화한다. 진화도중 별의 구조가 불안정하여 맥동변광성(脈動變光星), 또는 신성(新星)이나 초신성(超新星)과 같은 폭발을 겪어 그 물질은 일부 성간물질로 되돌아간다. 진화의 마지막 단계는 원자핵반응이 종결된 매우 수축된 백색왜성, 중성자성(中性子星)으로 서서히 냉각하여 빛을 잃고 우리의 시야에서부터 사라진다. 항성은 성간물질로부터 형성되어 폭발에 의해서 일부는 성간공간에 되돌아가고, 다음 세대의 별로 태어난다는 계산이다.
천체물리학은 전파천문학과 함께 우주의 구조와 진화를 연구하는 우주론의 기초가 되었다.
5. 천체분광학과 천체사진술
천체분광학(天體分光學; astronomical spectroscopy)은 천체를 분광학적으로 연구하는 천체물리학의 한 부문이다. 천체로 부터의 복사(輻射)를 스펙트럼으로 분해하여 사진이나 광전관(光電管) 등을 사용해서 기록한다.
가시광선인 경우에는 망원경에 프리즘 또는 회절격자(回折格子)를 사용한 분광기를 부착시켜서 관측한다. 천체의 스펙트럼은 연속 스펙트럼, 휘선(輝線) 및 흡수선 스펙트럼으로 되었으나, 이런 것들을 양자역학(量子力學)의 지식을 활용해서 해석하고, 천체의 물리적 상태를 탐구하는 것이 천체분광학의 목적이다.
예를 들면, 항성의 스펙트럼에서는 화학조성, 밀도·온도·이온화상태 등을 말하는 대기의 구조, 자기장(磁氣場)의 세기, 난류(亂流), 별의 회전, 절대광도, 시선속도(視線速度) 등의 정보를 얻을 수 있다.
현재는 가시광에 그치지 않고, 자외·적외·전파영역까지 넓혀졌다. 특히 전파영역에까지 넓혀진 상황으로서, 전파영역에서 성간공간(星間空間)에 있는 수산기·물·암모니아·포름알데히드 등을 말하는 분자의 선(線) 스펙트럼이 뒤어 발견되어, 전파분광학의 분야로 발전하였다.
이를 뒷받침 하는 데는 천체사진술(天體寫眞術; astrophotography)을 말하게 된다. 우주라는 astro와 사진을 말하는 photography가 나오기 까지는 사진에 대한 얘기부터 하게 된다. 사진을 그리스어로 말하였는데, 이는 ‘빛(光)’이란 말 ‘photo’와 ‘그리다’는 말 graphy의 합성어가 사진(寫眞)이므로 ‘빛으로 그린다’는 말이 되므로 이것은 미술에서의 붓으로 물감을 찍어 종이에 그리는 것이 아니라 우주의 빛을 가지고 사람이 보존할 수 있는 무엇 위에 그린다는 것이므로 이는 우주의 빛을 붓으로 하는 신적예술(神的藝術)이라 해도 과언이 아닐 것이다.
천체의 상호위치·운동·광도 등을 사진에 의해서 관측하기 위한 기술을 의미한다. 이 기술은 일반 사진기술과 다른 점은 자전(自轉)하는 지구 위에서 천체를 겨냥하기 때문에 일주운동(一週運動)을 추적하는 특수한 가대(架臺)를 필요로 하는 일과, 엷은 천체의 빛을 포착하기 위해 커다란 광학계(光學系)와 장시간의 노출을 하는 일이 많은 점이다. 일주운동을 추정하는 적도의(赤道儀)라고 하는 가대를 사용하여 안내 망원경으로 별을 보면서 움직임을 맞춘다.
또 엷은 빛을 포착하기 위해 대구경(大口徑)의 렌즈의 경우는 일반 사진에 사용되는 것보다 지름이 크고 촛점 거리도 길기 때문에, 좁은 파장 범위에 대해서 수차(收差)가 작아지도록 설계된 렌즈를 사용하며, 사용하는 감광재료(感光材料)도 청색건판(靑色乾板)·적외건판(赤外乾板) 등 특별히 좁은 파장범위의 것을 사용하는 일이 많다.
엷은 빛의 장시간 노출에서 보통의 감광재료로는 상반법칙불궤(相反法則不軌)라는 현상 때문에 감광능률이 나빠지므로, 특수한 천체용 건판 또는 필름을 사용하는 일도 있고, 또 특별한 필터도 사용한다.
현상처리. 기타의 취급도 엷은 별을 촬영해내기 위해서, 또 사진적 오차를 가급적 줄여서 측정의 정도(精度)를ㄹ 높이기 위해서도 일반 사진과는 다른 방법을 쓴다.
이를 위해서는 천체의 일주운동(日週運動)을 추적하기 위한 장치 즉 천체사진의(天體寫眞儀)가 필요 한다. 하늘의 상당히 넓은 범위의 천체를 촬영하기 위해, 광각(廣角)의 대물렌즈 또는 수미트형·막스토프형의 광학계 천체 카메라와 안내용 실시망원경(實視望遠鏡)을 적도의(赤道儀)의 가대(架臺)에 평행으로 나란히 장치해 놓는다.
광각의 성야(星野)를 목적으로 하는 천체카메라의 대물렌즈에는 3매의 렌즈를 겹쳐서 맞춘 트리플렛형, 4매의 폐발형 또는 테서형, 7매의 로즈형 렌즈가 많이 사용되며, 이들은 대물렌즈 구경과 초점거리를 말하는 구경비(口徑比)가 4-7정도로서, 소행성(小行星)·헤성의 위치관측, 변광성 밀 은하계 내의 항성이나 소용돌이 성운의 광도나 분포 등의 연구 목적에 사용되며, 또 이들 렌즈 앞에 대물렌즈를 부착한 것은 분광소천(分光掃天) 관측에 사용된다.
대표적인 것은 하버드 천문대의 60cm 폐발형 브루스 천체사진의, 릭천문대의 로스형 카네기 천체사진의 등이 있다고 민영기 선생은 말한다.
6. 전파천문학
천체는 빛으로 관측할 수 있을 뿐만 아니라 눈에 보이지 않는 전파에 의해서도 관측 할 수 있는데, 이런 관측을 다루는 분야가 전파천문학이다. 최초에는 태양의 전파관측으로 시작되었는데, 빛과는 달리 날씨를 가리지 않고 상시 관측이 가능한 장점이 있어 태양면에서의 폭발현상과 지구 위에서 뒤따르는 변동 사이의 관련에 관한 중요한 자료를 제공하였다.
다음으로 우리은하 안에서 성간공간에 흩어진 저온의 중성수소원자(中性水素原子)가 방출하는 파장 21cm의 전파를 관측하여 성간물질의 운동, 우리은하의 나사선구조 등을 발견하는데 도움을 얻었다. 커다란 레이더와 같은 전파망원경이 커짐에 따라 전파를 내는 천체의 개수가 늘어났는데, 그 중 가까운 것들은 옛날의 초신성 폭발의 잔재와 같은 팽창하는 성운인 기체도 있으나, 먼 천체로는 전파를 내는 은하들이 많이 알려지게 되었다.
이런 은하의 거리를 스펙트럼선의 도플러 효과로부터 계산하면 몇 십억 광년이나 먼 거리의 은하, 또는 매우 작은 천체(準星)임이 밝혀졌다. 이 준성은 항성상 천체(quasar)로도 알려진 이상한 천체로서, 그 크기는 보통 은하의 10만분의 1 이하고 겉보기에는 별과 유사하지만 방출되는 전파의 강도는 보통 은하의 100배를 넘는다는 수수께끼의 천체이며, 아직 그정체는 완전히 규명되진 않은 것으로 안다.
또 가까운 전파천체 가운데는 매우 짧은 주기의 펄스(脈波)형의 전파를 내는 맥동전파원(pulsar)도 발견되었는데, 이는 거성이 폭발한 후에 남은 중성자성이 빨리 자전을 하고 있는 것으로 그 주기가 펄스의 주기와 같기 때문으로 추정하는 정도이다.
1965년 우연하게 포착된 전파 잡음은 그 강도가 모든 방향에서 동일하다는 특성으로부터 이것이 우주의 초기에 고온고압의 상태에서 갇혀 있던 우주의 흑체복사가 우주의 팽창으로 현재 2.7K로 냉각된 것으로 해석되어 우주의 초기역사를 연구하는데 중요한 실마리를 제공하였다.
6. 새로운 천문학
최근에 로켓이나 인공위성에 관측기계를 부착하여 지구대기권 밖으로 올릴 수 있는 시대가 되어 정전까지의 지구대기에 흡수로 관측이 불가능했던 자외선·X선·γ선 등의 짧은 파장 범위의 전자기파에 의한 관측이 가능하게 되어 천체의 새로운 모습이 드러나고 있다. 한편 전자기술의 급속한 발달로 레이더의 전파를 금성(金星)이나 수성(水星)의 표면에 발사하여 그 메아리를 관측하여 종전에 할 수 없었던 천체의 거리를 직접 정밀하게 측정할 수 있게 되었으며, 최근에는 화성(火星)에 로켓을 쏘아 올렸다.
따라서, 거리의 단위인 지구와 태양사이의 평균거리인 천문단위(天文單位)의 길이가 종전보다 월등히 정밀하게 알려져 그 값 1억5,000만km의 오차는 100km, 즉 100만분의 1이하로 줄일 수 있게 되었다. 이 전파의 메아리를 이용하는 방법에 의하여 수성이나 금성의 자전주기가 처음으로 정확하게 결정되었다.
1969년 아폴로 11호가 월면에 설치했던 레이저 반사기를 이용하여 달까지 레이저 광선이 왕복하는데 걸리는 시간을 측정하여 달의 거리를 10cm 정도의 오차로 시시각각 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 측지학에도 응용되어 지구 위의 대륙이동(大陸移動)·극운동 등에 관한 자세한 자료가 얻어지게 되었다.
20세기에 들어 미국의 E.W.브라운에 의하여 달의 운동을 정확하게 나타내는 이론식이 완성되었는데, 이것과 달의 위치의 실측을 비교하여 지구의 자전속도의 불규칙한 변동이 밝혀져 지구의 자전이 시간의 기준으로 부적당한 것이 알려진 후, 지구의 공전을 기준으로 하는 역표시(曆表時)가 제정되었고, 또 원자시계가 나타내는 보다 정확한 원자시(原子時)도 채용되기에 이르렀다.
1967년의 국제도량형총회에 따라 정의된 1초의 길이는 세슘¹³³Cｓ₅₅ 원자의 진동주기의 91억9,263만1,770배에 해당하는 시간간격이다. 이 원자의 진동주기는 항상 일정하기 때문에 시간의 절대적 표준으로 가장 이상적이라고 생각할 수 있다.
그러나, 항해·항공에 필요한 시간은 지구 위의 경도와 관련되는 지구의 자전으로 정해지는 종래의 세계시(世界時)이므로 원자시와 세계시를 서로 조화시킨 협정세계시(協定世界時)가 이용되고 있다. 이것은 원자진동에 바탕을 둔 일정불변의 기준 하는 세계시를 나타내도록 조절한 시간이다.
7. 가장 먼 천체
오늘날 최대의 망원경으로 관측이 가능한 먼 천체의 거리는 얼마나 되고 또 어떻게 잴 수 있을까하는 것이 숙제이며 연구 대상이다.
1983년까지 알려진 천체의 가장 먼 기록은 PKS 2,000-330으로 알려진 준성(準星)으로, 그 거리는 오늘날 우주의 지평선까지의 거리의 약 92%에 대항한다. 우주의 지평선이란 우리가 관측이 가능한 최대의 한계를 뜻하는데, 이 거리는 우주의 나이에 빛의 속도를 곱해서 계산되는 값이다. 허블의 법칙에서 얻어지는 팽창우주의 나이는 허블상수(H=100km/sec/Mpc,1Mpc=3x10²⁴cm)의 역수로 주어지는데 그 값은 약 100억 년이다.
따라서 여기에 빛의 속도를 곱하면 그 거리는 100억 광년이 된다. 달리 말하면 이 보다 먼 거리에 있는 천체는 아직까지 우리 지평선 안에 들어오지 않고 있으나, 앞으로 우주 속에 살고 있는 우리는 마치 넓은 바다를 항해하는 배의 승객과 같고, 우리가 볼 수 있는 가장 먼 섬(천체)은 수평선의 92% 거리에 있는 셈이라고 현정준 선생은 말한 적이 있다.
Ⅱ. 예지(豫智) 의 발달이 천문학 도달
페르시아의 점성술의 발전도 마침내는 천문학을 발전시켜 그리스도의 탄생을 점친 '마고스(μάγος; Magi)'들이 베들레헴을 방문하여 그리스도를 축하한 얘기가 한국어 성경에서는 마고스는 점성가 혹은 요술쟁이로 번역될 것이 박사(博士)로 번역된 것을 볼 수 있다.
천문학을 예지(豫智)로 연구한 고대인들을 살필 수 있다. 예자라고 한 말은 높임의 말이고, 소통하는 거리에서는 점(占)을 보거나 말한다는 얘기다.
인간이 점을 치는 목적 첫째는 진실을 탐구하기 위한 목적이 있다. 여기에서 진실이란 신의(神意)를 위배 여부의 행동을 하고자 하여 발달한 점성술(占星術; astrology)은 천체현상을 관찰하여 인간의 운명이나 장래를 점치는 방법을 말한다. 그래서 점성술은 천체에 대한 어느 정도의 관통의 지식을 전제로 한다.
BC 7세기경의 아슈로바르팔 왕의 서고(書庫)에서 나온 설형문자(楔形文字) 점토판(粘土板)에 나타난 점성(占星)기록과, 중국의 사마천(司馬遷)의 <사기(史記)>의 <천관서(天官書)>라는 장(章)에서 이론이 정리되고, (전한서(前漢書)> 이래 정사(正史)인 <천문지(天文志)>에 나오는 점성술은 그 방법에 있어서나 내용에 있어 아주 비슷하다.
그것은 일식(日蝕)이나 혜성 또는 신성(新星)의 출현과 같은 천변(天變)을 지상의 사건과 결부시켜 장래의 재앙을 예측하는 것이었다. 천변은 그 시대에는 천하와 국가적 현상이고, 천변점성술의 발상지인 고대 인도나 바빌로니아, 고대 중국의 동양적 전제주의 아래서의 점성술은 군자(君子)를 위한 것이었고, 전문가는 절대 권위적이며 군자를 위해 봉사자가 된 것이다.
천문학을 하여 우주 삼라만상과 사시사철의 변함을 꿰뚫으면 홍수와 기근, 외적의 침입, 전승전패 등과 같은 군자의 관심사에 한정되며, 그 점성술사는 높은 보수의 고용과 자신의 국가 정책고문으로 세우고 그는 비밀을 절대화 하여 유포하지 않는 것을 전제로 한 사람들이었음을 알 수 있다.
1. 예지욕(豫智欲)의 발전은 천문학 접근 효시
우주공간의 비밀을 미리 알고 그것을 미리 말하여 권위를 세운 경우가 있을 수 있는데, 그 가운데 하나가 일식과 월식을 달과 태양의 자전과 공전의 우주계산법을 사용하는 경우와 다른 하나는 치자로서의 농경문화시대의 우주의 날씨 등에 대한 것을 잘 알려주면서 지배자의 길을 걷기도 한 것을 볼 수 있다. 여기서 자연 천문학이 발전하기도 한 경우가 있다는 얘기다. 그러자니 천문학의 밑바탕이 수학과 기하, 물리학이란 배를 타야만 하는 고차원의 학문이 발달 한 것을 살필 수 있다.
둘째는 미래에 대한 예지욕(豫智欲)은 인간의 본능적인 기본 심리이다. 새로눈 날이 밝은 때 전개될 일들을 미리 알고자 하여 예지욕의 충족을 위해서 점복이 발생했으며, 그것이 다양한 방법이 지방마다, 지역마다, 종족마다의 고유적인 방식이 자리 잡았다고 본다.
최고 통치자의 경우 미래적 예지욕이 있고, 어떤 경우에는 인접국가와의 전쟁이 일어나면 그 전쟁을 승리로 이끌기 위해 신전에서 제사를 드린 경우가 얼마든지 있는 것이다. 여기서도 신의에 합당한가의 유무를 점복을 통하여 가리고자 하는 충족을 위해 생겨난 점복은 동서양에서 문화정도의 고저와는 상관없이 일찍부터 어느 민족에게나 있어왔다.
유럽에서는 바빌로니아에서 발생한 점성술(占星術)과 동물의 간장 등에 의하여 점치는 내장점(內臟占)이 발달하였고, 점장(占杖)에 의하여 지하수나 광맥을 찾아내는 점법, 무심히 책을 폈을 때 먼저 눈에 띄는 문장으로 점을 치는 개전점(開典占) 등도 있었다. 그리스도교에서는 성경으로 개전점을 쳤는데, 이것을 성서점(聖書占)이라고 하였다
동양에서는 인도의 점성술(占星術), 중국의 복서(卜筮)가 발달하였고, 특히 중국의 점복은 우리나라와 일본 등에 강한 영향을 끼쳤으며, 점복은 복서로서, 복(卜)은 수골(獸骨)이나 귀갑(龜甲)을 사용하여 행하는 점이며 서(筮)는 서죽(筮竹)과 산목(算木)을 사용하는 점이고, 수골은 견갑골(肩胛骨), 귀갑은 거북의 복부(腹部) 겁질을 주로 사용하였는데, 이것을 불에 구워 트는 모양으로 길흉을 점쳤다. 이 점의 뜻을 판단하기 위해 전문적인 점자(占者)를 두기도 하였다.
서(筮)는 <주역(周易)>을 전거(典據)로 삼아 음양의 산목(算木)과 서죽(筮竹) 산술적 조작으로 괘를 얻어 판단하는 점으로, 민간 사이에 크게 발전하여 오행설(五行說)과 간지설(干支說)을 받아들이면서 몇 개의 유파가 생겼으며, 후대로 내려오면서 서죽이나 산목 대신 동전을 사용하는 이외에도 중국에서는 각종 점성술이 발달하여 중국의 역사는 실로 점성술에 의하여 발달하였다고도 할 만한 것이다.
2. 인도의 바른 신 섬김 위해 천체운행관측 도구 천문학
가령, 인도의 종교에서의 신을 바로 섬기기 위해 천문학이 발달하는 데는 수학과 제단을 짓기위해 기하학이 발전하여 천문학을 이루며, 점성술의 발달은 천문학 발달 목적을 이루기 위해 브라만굽타의 수학을 살피게 된다. 그것이 인더스와 간지스강 문명과 문화를 만들고 마침내는 브라만의 고유종교가 생겨서 많은 철학적 영향을 인류에게 준 것을 발견하게 된다.
인도의 천문학은 BC 13-12세기경으로 추정되는 인도과학을 살피면 천문학과 수학이나 의학 등에서 싹텄지만, 바빌로니아나 고대 그리스의 맥락을 벗어난 것은 아니었고, 고도화된 학문은 아라비아나 동남아시아, 즉 중국문화에 수용되고 나가서 우리나라와 일본 등까지 영향을 미쳤으며, 소위 불교천문학 또는 불교의학은 그 대부분이 옛 인도의 전승(傳承)이며, 베다(veda) 문헌에 기록되어 있는 것들이다. 이것들이 한역(漢譯)될 때에 원래는 인도의 것이 아닌 서방 천문학, 12궁이나 현행 7요일 등을 그 속에 넣어 새로운 길흉력 등을 만들어 낸 것은 문화사적으로 매우 흥미롭다.
인도의 과학사상은 어느 지역에서나 다소간에 종교 또는 철학과 결부되어 있었는데, 그리스 과학이 신학과 절연하여 오로지 과학의 길로 매진했음에 반해, 인도는 근세에 이르기까지 종교에서 완전히 벗어나지 못하였기 때문에 과학이 상당 수준에 도달했으면서도 근대화가 더딘 것은, 인도사상의 근간을 이룬 베다란 거룩한 지혜, 즉 신의 계시라 생각되었고, 따라서 과학도 신으로 이어지는 것이었다.
그래서 우선 제사를 계절 따라 바르게 드리기 위해 천체의 운행이 관측됨으로써 천문학이 생겼다. 이것은 동시에 점성술과 연관되었고, 한편 제단 등을 규정대로 설계하기 위해 기하학을 비롯한 수학이 발생하고, 장수를 비는데서 주술을 포함한 의학이 발달했다.
BC 4-3세기 이전부터 천문학이 베다연구의 보조학으로 인정되었다. 인도 천문학은 이 베다시대를 제1기로 하고, 그 이후 그리스 천문학이 인도로 들어오기까지의 500년경까지를 제2기, 그 이후 그리스·로마의 천문학을 인도 고유의 천문학과 융합시킨 시기를 제3기로 잡는다.
가장 오래된 천문학서는 소수(少數)의 계문(曷文)으로 된 <조티사-베당가>인데, 현존하는 것으로서 가장 유명한 것은 프롤레마이오스의 천문학에도 비견할 <수리야 싯단타>이다.
6세기 초엽의 위대한 천문학자·점성가 바라하미히라가 쓴 <판차싯단티카>에서 그 천문학서들을 해설하고 있다. 또 당시의 역법은 그리스의 영향을 받아 상당히 뛰어난 것이었으며 중국 당대(唐代)의 <구집력(九執曆)은 그러한 인도의 해설이다. 불교 천문학에 관것으로서는 <마등가경(摩登伽經)>, <사두간태자이십팔수경(舍頭柬太子二十八宿經)> 등이 있다. 주요 천문대로는 델리의 잔타르 천문대가 있다.
인도 천문학은 인도 수학과 기하학에 불가분의 관계가 있다. 기하학은 제단 등의 측정에서 출발하여 이미 베다 후기에 <시루바-수트라>라는 측량서가 있었는데, 인도의 수학은 천문학과 밀접하게 관련되어 있었고 특히 대수와 산수는 독자적인 발전을 이룩했다.
브라만굽타의 수학의 집합은, BC 2세기경에 영(0, sunya)의 개념을 발견했으며, 10진법·아리비아 숫자·분수기호법(分數記號法)도 인도수학에서 비롯된 것이다. 5세기 후반의 아리야바타의 책 <아리야바티야>에서 독자적인 기수법과 천문학적 측정법 등을 밝혔으며, 7세기의 브라마굽타는 그것을 더욱 상세히 풀이했다. 그 후 12세기의 바스카라는 <싯단타시로마니>에서 그 이전의 여러 설을 상세히 예증하고 수학자로서 그 이름을 떨쳤다.
3. 바빌로니아의 점성술이 천문학으로 가는 길
숙명점성술이란 말이 있는데 이것은 국가적 차원이 아니라 개인에 대한 것을 의미하는데, 410년의 것으로 이해되는 호로스코프에 의한 점성술로서 바빌로니아의 설형문자 점토판에 나오는 것으로 체계화하여 융성한 것은 헤레니즘 시대이다.
서양의 고대 천문학의 집대성으로 알려진 <알마게스트>의 저자 프롤레마이오스에게는 <테트라비블로스>라는 점성술의 저서가 있어 이것이 현대 서양 점성술의 주류인 호로스코프 점성술의 가장 도래된 고전이다. 이에 의하면 천문학은 제1의 과학이고, 천상의 현상이 지상에 미치는 영향을 논하는 점성술은 제2의 과학이며, 제1의 과학의 응용으로서, 제1의 과학만큼 확실성이 있는 것은 결코 아니라고 하고 있다.
호로스코프를 그리는 데는 3개의 요소 즉, ➀생탄시의 12위(位), ➁황도(黃道) 12궁(宮), ➂해와 달 등 혹성의 위치가 있다. 12위란 생탄시의 황도를 지평선을 중심으로 하여 12분(分 )하고, 제1위를 생명, 제2위를 재산이라고 하는 식으로, 점쳐야 할 대상을 각위(各位)에 할당한다. 황도 12궁은 천구(天球)에 고정하여 나날이 회전하는 것이기 때문에 각궁(各宮) 사이에 친소(親疎) 관계가 있다. 그 위에 있는 일월(日月) 5혹성에는 남성적·여성적이라고 하는 성질이 부여된다. 이 3가지 요소의 관계로 개인의 장래의 코스나 성격 등을 상세하게 나타낸다.
호로스코프를 만들기 위해서는 생탄시의 혹성의 정확한 위치를 계산해야 하기 때문에 천문계산에 관한 지식이 있어야 한다. 이슬람시대의 술탄처럼 자기의 운세를 점치기 위해 천문대를 만들고 천문학자를 고용하여 관측케 함으로써 점성술이 천문학을 육성하는 데 공헌했다.
케플러가 점성술로 생계를 세웠다는 것은 유명한 예이다. 또한 호로스코프 점성술은 생탄시의 천체의 위치에 의해 개인의 운명이 엄밀하게 규정된다고 하는 숙명관과 운명결정론에 바탕을 두고 있기 때문에, 천변점성술과 같이 예보(豫報)에 의해 닥쳐올 재액(災厄)을 피하려고 하는 방재적 의미는 없다.
4. 삼국지의 제갈량 천문학과 통치술의 발달이 이룬 중국의 천문학
그중에 한 가지는 삼국연의를 보면 삼국지에 등장하는 제갈공명이 조조와의 전쟁을 할 때에 천기를 미리 알아 안개 낄 날을 알고 안개 속에 전함을 띄우고 그 전함에는 짚으로 만든 인형을 가득 채워서 조조의 병사들이 활을 쏘게 하여 10만개의 화살을 확보했다는 기록은, 천문학의 일종으로 천기를 전쟁에서 사용했음을 알게 하며 제갈량이 안개 낄 것과 동남풍이 불 것을 미리 안 것이 천문학적인 안목이었다.
중국에서는 천문도(天文圖)를 가졌는데, 이는 오행설(五行說)로 십이간지(十二干支)와 중국 본토의 종주국(宗主國) 주(周)를 중심으로 하고 주위에 제후제국(諸侯諸國)을 11방(方)에 배치하여 천제(天體)의 분야와 연결시켜 그려 놓은 천문도가 있다.
우리나라에서는 1800년 정조 24년에 만들어진 것으로 천문도는 원형(圓形)의 천체 중심점을 왕좌성(王座星)인 북극(北極)을 기준으로 하여 천체 전부를 방사선으로 12 등분하고 구획마다, 자(子)의 제(齊)는 쌍어궁(雙魚宮),축(丑)의 오(吳)는 보병궁(寶甁宮), 인(寅)의 연(燕)은 마갈궁(磨竭宮), 진(辰)의 정(鄭)은 천와궁(天蝸宮), 사(巳)의 초(楚)는 천칭궁(天秤宮), 오(午)의 주(周)는 쌍녀궁(雙女宮), 미(未)의 진(秦)은 사자궁(獅子宮), 신(申)의 진위(晉魏)는 거해궁(巨蟹宮), 유(酉)의 조(趙)는 음양궁(陰陽宮), 술(戌)의 노(魯)는 금우궁(金牛宮), 해(亥)의 위(衛)는 백양궁(白羊宮)으로 하였다.
중국에서는 해와 달과 오혹성(五惑星), 그리고 북두칠성이 천체운행의 기본이 되어 있다. 여기서는 <천관서(天官書)> 등에 그려져 있는 오혹성의 모습과 그 성격을 말하게 되는데, ➀세성(歲星)으로 목성·동방(東方)·봄. 오행(五行)에서는 목(木). 국운·궁정(宮廷) 이변·백성의 중대한 명제를 담당한다. ➁형혹성(熒惑星) 화성. 남방(南方)·여름. 오행세서는 화. 전란·적도(賊徒)·질병·기근·죽음. ➂전성(塡星) 토성·늦여름. 천자(天子)와 황후·덕. 이별의 동요는 사회윤리의 문란을 나타낸다. ➃태백성(太白星) 금성. 서방(西方)·가을. 군사. 동요하면 전란, 자오선 위에 오면 혁명. ➄진성(辰星) 수성. 북방(北方)·겨울. 오행에서는 수. 푸르고 둥글게 빛나면 우환. 희고 둥글면 죽음. 붉고 둥글면 내란, 검고 둥글면 길조, 붉고 모나면 침략, 노랗고 모나면 토지쟁탈, 희고 모나면 참사가 일어난다고 믿었다.
우리나라의 점복도 중국의 각종 점복과 점성술의 영향을 받았으며, 예로서 부여의 점속(占俗)을 보면 전쟁이 일어나면 먼저 하늘에 제사를 지내고 소를 잡아 그 발톱을 보고 전쟁의 승패를 미리 점쳤다.
고대인들의 제정일치시대에는 점복의 권위가 천문학적이었든지, 일월성신을 가지고 했든, 수갑골이었든지 그 때 마다 적당하게 동원된 것을 살필 수 있다. 그 중에 가장 권위에 올라선 것은 천문학을 연구한 이들이고, 그 연구를 위해서는 주역을 중심으로 하는 산학(算學)에 기초한 것을 발견하게 된다.
중국에 헬레니즘의 호로스코프 점성술이 들어왔으나, 중국문화권에서는 생년월일과 시각(時刻)의 역법상(曆法上)의 십간십이지(十干十二支) 지수(指數)의 조합(組合)에 의해 개인의 운세를 점치는 사주수명술(四柱垂命術) 등이 주류를 차지하였다. 이것은 이미 천체의 운행에 의존하지 않고 역법상의 지수의 조작으로 계산하는 운세술이기 때문에 엄밀하게 말해서 점성술이라고 할 수는 없다.
하늘을 대우주(大宇宙), 인간을 소우주(小宇宙)라 하고 천체와 인간의 신체 각부를 대응시켜 천체의 운행에 의해 인간의 신체기관의 병을 진단하는 <점성의술>이라는 것이 그리스·로마 문화 속에 세력을 차지하였다. 동양의 운기설(雲氣說)도 이에 속한다고 할 수 있다.
호로스코프 점성술은 현재도 사회의 저변에서 사회생활에 상당한 영향을 미치고 있으나, 근대 과학이 발전하면서 학문으로서의, 그리고 공적으로 인정된 권위로서의 지위는 완전히 상실하고 말았다고 이기석(李基奭) 선생은 말하고 있다.
Ⅲ. 세계의 천문대(天文臺)
천문대(天文臺;astronomical obsevatory)는 천체현상을 조직적으로 관측·연구하는 시설을 말한다. 천문학이 발달되지 않았던 옛날에는 소규모의 각도를 재는 기구를 가지고, 천문가가 혼자서 천체관측을 하는 곳도 천문대라고 하였으나, 현재는 천체관측을 위한 각종의 큰 망원경과 여기에 부속되는 기계설비를 비롯하여 사진·광전·분광장치(分光裝置)·컴퓨터·실험기구·성도(星圖)·성표(星表)·외에 연구에 필요한 도서와 자료 등을 갖추고, 조직적으로 항상 천체현상의 관측·연구를 진행시키는 시설을 말한다.
1. 천문대의 종류
천문대의 종류는 그 천문대의 소속 또는 구성에 다라 국가적인 역할을 지니는 중앙천문대, 대학에 부속된 천문대, 재단 또는 개인이 설립한 천문대로 분류할 수 있다.
그리니치·워싱턴 해군·도쿄·파리 등의 천문대는 역사적으로는 항해를 위한 별의 위치 측정과 역서(曆書) 편찬, 시각 측정 등 국가의 요청에 부응해서 설립된 중앙천문대적인 성격을 지니고 있다. 우리나라의 국립천문대도 이 부류에 속한다.
대학에 부속된 천문대는 연구적인 관측을 주요 업무로 하는 곳이며, 하버드·케임브리지 천문대 등이 이에 속한다. 재단이나 개인이 설립한 것으로는 릭 천문대·여키스 천문대·윌슨산 천문대 등으로 미국에 많다.
이러한 천문대도 세월이 흐름에 따라 성격이 바뀌게 되는 일도 있다. 연구내용에서 보면, 상당히 광범위한 분야를 관측 연구하는 천문대 외에, 근년에는 위고관측소·전파관측소·코로나 관측소 등 연구 내용을 좁힌 천문대도 많아졌다.
2. 천문대의 역사
천문대의 역사는 천문학의 역사와 함께한다. 천문학의 역사는 오래되었고, 천체관측도 처음에는 방향이나 각도를 재는 간단한 도구에서 비롯되었다.
중앙아시아의 유목민이나 이집트·중국의 농업민족간에는 일찍부터 태양·행성(行星)·달의 움직임이나 별자리 안의 별들에 관한 상당히 정확한 지식을 지니고 있었다.
수천 년 전 고대 이집트의 나일강 유역의 도시에는 이미 천문대가 설치되어 있었다. 또, 메소포타미아 지방에서도 수천 년 전부터 천체관측이 행하여 졌는데, 그 당시는 신관(神官)이 천문학자였고, 신전(神殿)이 천문대였다. 유명한 바벨탑도 천문대였으며, 그 꼭대기에서 신관이 천체를 관측했다고 한다. 그 당시는 달력을 만들어 농경이나 수렵에 필요한 계절을 가르쳤고, 또 별의 움직임에서 신의 뜻을 살핀다고 하는 왕국통치의 필요에 의해서 천체를 관측했다.
바빌로니아·헤브류 등 중앙아시아에서 일어난 천문학과 이집트의 천문학은 그 후 그리스에 전해져서 발전하였다. BC 2세기경 에게해의 로스섬에 천문대를 세우고 천체관측에 열중했던 히파르쿠스는 고대 천문학자 중에서도 가장 훌륭한 관측가여였다. 그는 당시로서는 놀랄 만큼 정확한 천체관측에 의해서 항성의 위리를 관측하여 항성의 목록을 작성하고, 지구 자전축의 요동으로 해서 생기는 항성 위치의 세차운동(歲差運動)을 발견하였으며, 또 BC 134년에 전갈자리에 나타난 신성(新星)을 관측한 기록을 남기고 있다.
그 후 유럽의 천문학은 실증적으로 관측연구 하는 태도에서 벗어나, 고정된 종교사상과 점성술(占星術)이라는 사도(邪道)에 빠진 것이 화근이 되어 1,000년 이상이나 정체된 시기가 계속되었다. 지구 중심의 우주관, 즉 천동설(天動說)이 오랫동안 이 시대의 사조를 지배했던 것이다. 근세에 이르러 인쇄술의 발명, 종교개혁, 항해술의 발달 등 이른바 르네상스와 그 후의 역사적 변환이 자극제가 되어, 침체했던 천문학에도 새로운 기운이 싹터서 N.코페르니쿠스의 지동설(地動說)이 나타났다. 이시대의 사조를 실행에 옮겨서 근세 천문학의 기초를 구축한 사람은 덴마크와 스웨덴 사이의 해협에 있는 작은 섬인 벤 섬에 천문대를 만들고, 달·행성·항성의 관측에 힘썼다. 그 당시 브라혜는 관측기계를 스스로 고안해서 만들었으며, 그때까지 목제였던 관측기계를 금속제로 바꾸었고, 천구의(天球儀 )·육분의(六分儀)·벽면사분의를 제작하여 관측에 사용하였다. 그의 관측설비는 천체망원경과 정밀천문시계가 발명되기 전에는 최고 수준이었다.
한편, 중국에서도 옛날부터 천체관측이 행하여 졌으며, 그리스와 같은 시대인 한(漢)나라 때에는 관측기계로서 혼천위(渾天儀)가 만들어져서 천체현상을 예보하기 위한 관측에 사용되었다.
원(元)나라의 징기스칸의 손자 홀라구는 13세기에 중앙아시아의 마라게에 천문대를 세웠으며, 그곳에서 나시르알 딘 알 투시 혹은 나시르 에딘 등의 천문학자가 천체관측을 하였는데, 그 당시의 관측기계는 후대인 코페르니쿠스 시대에 유럽에서 사용 된 것보다 우수했다는 것이다.
이보다 200년 후인 1420년경에는 사마르칸트에 천문대가 생겼는데, 이곳의 관측기계나 연구결과는 차차 유럽에 알려져서 르네상스 이후의 서양천문학에 영향을 미쳤다. 1280년에 원나라의 황제 쿠빌라이의 명령에 의해서 건설된 북경천문대(北京天文臺)는 지금도 그 자리가 그 당시의 관측기계와 함께 남아 있다.
중국의 문화권에 있던 우리나라는 천문학 분야에서도 그 영향을 많이 받았다. 삼국시대에 중국에서 역법(曆法)이 도입되었고, 여러 가지 천체 현상의 관측과 천문기기가 제작되었다.
신라 말기 선덕여왕 때에는 첨성대(瞻星臺)가 세워져 그 위에 관측기구를 놓고 천체관측을 했을 것으로 믿는다. 고구려와 백제 등에서도 일식(日蝕)·혜성·행성 등을 관측하였다는 기록이 <삼국사기(三國史記))>에 남아 있으나, 그 때에 세워졌으리라고 짐작되는 천문대는 지금 찾을 수 없다.
고려시대에도 천문관측이 활발하여 <고려사(高麗史)> <천문지>에는 그 때 일식을 비롯하여 5행성의 운행과 객성(客星)의 출현, 태양흑점·성변(星變)·일월변(日月變) 등이 관측되었다고 기록되어 있다.
고려의 수도인 송도(松都)의 만월대 서쪽에는 첨성대의 유물인 석조물이 현재도 남아있다. 첨성대 위에 간의(簡儀)·해시계 등을 놓고 관측 하였을 것으로 믿는다.
조선시대에는 초기에 왕립중앙천문기상대에 해당하는 서운관(書雲觀)이 있어 그곳에서 천체관측이 이루어 졌다. 세종 때에는 여러 종류의 천문의기(天文儀器)가 제자가되어 천체관측이 이루어 졌다.
1434년에는 경회루(慶會樓) 북쪽에 돌을 쌓아서 간의대를 만들고, 이곳에 간의·혼천의·앙부일영(仰釜日影) 등의 관측기구를 설치하고 천체관측을 하였다.
관측결과를 바탕으로 해서 천체운행의 법칙을 역학적으로 연구하고자 하는 근세 천문대의 역사는 15세기 르네상스 이후의 문화와 더불어 발생하였다.그 당시는 원양항해의 융성이 국가발전의 중요한 요인이었던 데서, 스페인·네델란드·프랑스·영국 등에서는 항해술의 발달을 위해 천체관측과 항해력(航海曆)의 편찬을 중요시했다.
또한, 망원경이 발달함에 따라 유럽 각지에 많은 천문대가 창설되었다.
3. 세계 각지의 천문대
오늘에 존재하는 천문대중 가장 오래된 것은 덴마크의 코펜하겐 천문대이며, 1637년 창설되었다. 파리 천문대는 루이 14세가 루브르 궁전을 지은 후 <하늘의 궁전>으로 1667년부터 5년에 걸쳐 건설했다. 초대 대장은 이탈리아에서 초빙되어 온 J.D.카시니인데, 그는 토성의 4개의 위성과, 토성의 고리 안에 있는 <카시니의 간극>을 발견하였다. 그 후 파리 천문대는 태양·달·행성·항성의 정밀한 위치 관측에 주력하고, 18,19세기의 천체역학의 황금시대에 많은 유력한 학자를 배출하였고, 1846년에 해왕성을 발견한 U.J.J.르베리에는 제6대 대장이었다.
항해천문학을 위한 천문대로서는 가장 활약한 것은 영국의 그리니치 천문대이다. 이 천문대는 1675년에 당시 영국왕 찰스 2세의 명에 의해서 런던 교외 그리니치에 건설되었다. 초대 대장은 J.프람스테드였으며, 그 후 E.헬리, J.브래들리, G.B.에어리 등 뛰어난 천문학자가 배출되었으며, 자오의(子午儀) 및 자오환(子午環)에 의해서 천체의 정밀위치를 관측함과 동시에 항해력을 편찬하여 세계의 자오선의 기준으로 공인되는 기초를 만들었다. 이들 파리·그리니치 등의 천문대는 그 후 변천을 거쳐 다른 장소로 이전한 것도 있으나, 아직도 왕성한 연구 활동을 계속하고 있다.
유럽에는 이 밖에 소련의 폴코보·모스크바·크림 등이 천문대, 독일의 포츠담·함부르크·카롤슈바르츠실트 천문대 등이 설비도 좋고 연구도 왕성한 천문대이다.
미국의 천문대는 19세기 중엽까지는 설비면이나 연구내용에 있어서 유럽의 여러 천문대보다 못하였으나, 19세기 말경부터 신흥국가의 풍부한 경제력에 의해 대구경(大口徑)의 망원경을 설비한 천문대가 계속 건설되었으며, 유럽에서 우수한 학자를 초빙하여 새로운 천체물리학의 발생과 더불어 우주 연구의 첨단적인 위치로 올라섰다.
미국의 초기 천문대는 강력한 재벌의 기부에 의해서 만들어진 예가 많은데, 이러한 경향은 지금도 계속되고 있으며, 대학 부속의 천문대로 국가적인 색채보다는 시민적이며, 개장적인 기운이 많다.
미국에서 가장 오래된 천문대는 보스턴 교외에 있는 하버드대학교 천문대이며, 1839년에 창설되었다. 창설 당시는 세계 최대인 38cm 망원경을 가지고 있었는데, 이것은 많은 보스턴 시민이 낸 영세한 기부금을 바탕으로 해서 만든 것이다.
하버드 천문대는 그 후 19세기 말부터 20세기 초에 걸쳐 E.C.피커링, H.샤플레이 두 대장 밑에서 하아성의 광도측정, 병광성·은하 구조의 연구에 뛰어난 성과를 올렸다.
미국 중서부의 산악지대는 날씨가 쾌청하고 공기가 맑아서 천체관측에 가장 알맞은 곳으로, 윌슨산·팔로마·릭·맥도날드·키트피크 등 세계 유수의 대천문대가 많이 몰려 있다. 이들 중에서 가장 먼저 건설된 것은 해밀턴산의 릭 천문대이다. 이곳은 J.릭이 기부한 현재 세계 제2의 크기인 91cm 굴절망원경을 주로 하여 1882년에 설립되었으며, 1959년에는 팔로만 천문대 버금하는 세계 제2의 305cm 반사망원경을 완성하였다. 지금은 캘리포니아 대학에 소속되어있다.
윌슨산 천문대는 G.E.헤일이 카네기재단의 기부를 얻어 1904년에 창성한 것으로, 처음에는 태양관측소로서 발족하였으며, 1917년에 252cm의 반사망원경을 설치하였다. 그 후 1948년 팔로마산에 500cm 반사망원경을 완성하였으며, 이 두 천문대는 캘리포니아 공과대학에 소속되어있다.
최근에는 이 두 곳을 합해서 헤일 천문대라고 부른다. 500cm 반사망원경은 최근 소련이 600cm 망원경을 세우기 전까지 세계 최대의 광학망원경이었으며, 항성 스펙트럼의 연구나 성운, 우주의 연구에 가장 많은 공헌을 한 망원경이다.
시카코 교외에 있는 여키스 천문대는 C.T.여키스의 기부에 위한 세계 제1의 굴절망원경인 102cm 망원경을 가지고 있다. 이곳은 텍사스 대학의 맥도날드 천문대와 공동운영 하에 있는데, 맥도날드에는 1968년에 세계 제3의 크기인 270cm 반사망원경이 완성되었다. 키트피크 천문대는 미국으로서는 보기 드문 국립천문대로 213cm 반사망원경과 400cm의 반사망원경이 있으며, 또 설비가 좋은 태양탑(太陽塔 )이 있다.
이 밖에 워싱턴 해군·로웰·미시간·퍼킨스 등 많은 유려한 천문대가 있다.
유럽 및 미국 외에서 천문 연구가 왕성한 천문대가 있는 곳은 캐나다·호주·남아프리카 등지이며, 최근에는 남아메리카에도 미국이나 유럽의 유력한 천문대가 관측소를 설치하고 있다.
우리나라에는 국립천문대가 1974년에 설치되어 충북 단양군 소백산에 천체관측소를 두고 있다. 그 곳에는 61cm 반사망원경과 21cm 태양망원경이 설치되어 있다. 또한 국내 여러 대학 부설 천문대를 가지고 있다. 연세대학교 부설 일산천문대에는 61cm 망원경이 있다. 이 밖에 경북·부산·전북·공주사대 등의 대학들도 작은 규모의 망원경을 갖춘 부설천문대를 두고 있다.
국립천문대는 충남 대덕 전문연구단지 내에 우주전파관측소를 건설, 이곳에는 지름 14m의 포물면 안테나를 갖춘 전파망원경이 세워지고, 앞으로 우리나라에서도 광학(光學)과 전파(電波)의 양면으로 천체의 관측이 가능하게 될 것이다.
3. 세계천문대의 명칭
- 이하 생략 -
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