"고대의 우주 측정"의 두 판 사이의 차이

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고대 천문학의 가장 흥미로운 기술적 응용 중 하나는 직접 잴 수 없는, 다시 말해 평범한 자로는 잴 수 없는 우주의 거리와 크기들을 측정하는 데 천문학을 사용한 것이다. 이러한 거리 측정은 대부분의 다른 응용 사례들보다 훨씬 즉각적으로 이 세계관의 생산성을 잘 보여 준다. 이는 그러한 측정들이 의존하고 있는 수학적 계산들은 그 개념 체계의 일부 핵심 요소들이 참이 아니라면 모든 물리적 의미를 잃게 되기 때문이다. 예를 들어, 지구가 평평한 원판이든 구형이든, 별들은 정말로 일주권을 따라 움직이는 것처럼 보이고, 따라서 이러한 겉보기 운동을 묘사하는 기법들은 그것이 어떤 개념적 토대에 기초해 있든 유용하다. 그러나 아래의 방식으로 지구가 하늘에 대한 관측으로부터 결정될 수 있는 길이의 둘레를 가진다는 것은 오직 지구가 정말 구형일 때만 말이 된다.
고대 천문학의 가장 흥미로운 기술적 응용 중 하나는 직접 잴 수 없는, 다시 말해 평범한 자로는 잴 수 없는 우주의 거리와 크기들을 측정하는 데 천문학을 사용한 것이다. 이러한 거리 측정은 대부분의 다른 응용 사례들보다 훨씬 즉각적으로 이 세계관의 생산성을 잘 보여 준다. 이는 그러한 측정들이 의존하고 있는 수학적 계산들은 그 개념 체계의 일부 핵심 요소들이 참이 아니라면 모든 물리적 의미를 잃게 되기 때문이다. 예를 들어, 지구가 평평한 원판이든 구형이든, 별들은 정말로 일주권을 따라 움직이는 것처럼 보이고, 따라서 이러한 겉보기 운동을 묘사하는 기법들은 그것이 어떤 개념적 토대에 기초해 있든 유용하다. 그러나 아래의 방식으로 지구가 하늘에 대한 관측으로부터 결정될 수 있는 길이의 둘레를 가진다는 것은 오직 지구가 정말 구형일 때만 말이 된다.


[[그림:지구 둘레 측정.png|thumb|에라토스테네스의 지구 둘레 측정. 만약 지표면 위에서 S가 A의 정남쪽에 있다면, 거리 AS가 지구 둘레에서 차지하는 비율은 각 𝑎가 360° 내에서 차지하는 비율과 똑같아야 한다.]]지구의 둘레 측정에 대한 최초의 언급은 아리스토텔레스의 글에 등장하기 때문에, 그러한 측정은 아마도 기원전 4세기 중엽에 이루어졌을 것이다. 그러나 우리는 이 최초의 측정 결과만 알 뿐, 사용된 방법은 알지 못한다. 우리가 간접적으로라도 비교적 완전하게 이해하고 있는 최초의 측정은 기원전 3세기 알렉산드리아의 거대한 서고의 사서였던 에라토스테네스(Eratosthenes)의 측정이다. 알렉산드리아에서 정남쪽으로 5000스타드 거리에 위치한 이집트 제2의 도시 시에네(S)의 정오 태양이 바로 머리 위에 있던 날, 에라토스테네스는 정오 태양의 광선과 알렉산드리아(A)에 수직으로 설치한 그노몬 사이의 각 𝑎를 측정했다(그림 56). 그는 이 각이 완전한 원의 <math>1 \over 50</math>(또는 <math>7 {1 \over 5}</math>°)라는 것을 발견했다. 아주 먼 태양으로부터 지표면에 부딪히는 모든 광선은 평행한 것으로 간주될 수 있기 때문에, 알렉산드리아의 천정과 태양이 이루는 각 𝑎는 지구의 중심 O에서 S와 A가 이루는 각 AOS와 같다. 게다가, 이 각은 원의 딱 <math>1 \over 50</math>이기 때문에, 알렉산드리아에서 시에네에 이르는 거리는 지구 둘레의 <math>1 \over 50</math>일 것이며, 총 둘레는 <math>50×</math>(알렉산드리아에서 시에네까지 거리)<math>=50×5000=250,000</math>스타드일 것이다. 대부분의 현대 학자들은 에라토스테네스의 수치가 현대의 측정 결과(24,000마일)보다 대략 5퍼센트 작다고 믿고 있지만, 불행하게도 이는 확신할 수 없다. 에라토스테네스가 사용한 단위 ‘스타드’의 길이는 알려져 있지 않으며, 알렉산드리아와 시에네의 알려진 위치도 그 단위를 정의하는 데 사용할 수 없다. 왜냐하면 계산에 사용된 ‘<math>5000</math>’과 ‘<math>1 \over 50</math>’은 모두 읽기 쉬운 보고서를 만들기 위해 ‘다듬어진’ 것이 분명하기 때문이다.
[[그림:지구 둘레 측정.png|thumb|에라토스테네스의 지구 둘레 측정. 만약 지표면 위에서 S가 A의 정남쪽에 있다면, 거리 AS가 지구 둘레에서 차지하는 비율은 각 𝑎가 360° 내에서 차지하는 비율과 똑같아야 한다.]]지구의 둘레 측정에 대한 최초의 언급은 아리스토텔레스의 글에 등장하기 때문에, 그러한 측정은 아마도 기원전 4세기 중엽에 이루어졌을 것이다. 그러나 우리는 이 최초의 측정 결과만 알 뿐, 사용된 방법은 알지 못한다. 우리가 간접적으로라도 비교적 완전하게 이해하고 있는 최초의 측정은 기원전 3세기 알렉산드리아의 거대한 서고의 사서였던 에라토스테네스(Eratosthenes)의 측정이다. 알렉산드리아에서 정남쪽으로 5000스타드 거리에 위치한 이집트 제2의 도시 시에네(S)의 정오 태양이 바로 머리 위에 있던 날, 에라토스테네스는 정오 태양의 광선과 알렉산드리아(A)에 수직으로 설치한 그노몬 사이의 각 𝑎를 측정했다(그림 56). 그는 이 각이 완전한 원의 <math>1 \over 50</math>(또는 <math>7 {1 \over 5}</math>°)라는 것을 발견했다. 아주 먼 태양으로부터 지표면에 부딪히는 모든 광선은 평행한 것으로 간주될 수 있기 때문에, 알렉산드리아의 천정과 태양이 이루는 각 𝑎는 지구의 중심 O에서 S와 A가 이루는 각 AOS와 같다. 게다가, 이 각은 원의 딱 <math>1 \over 50</math>이기 때문에, 알렉산드리아에서 시에네에 이르는 거리는 지구 둘레의 <math>1 \over 50</math>일 것이며, 총 둘레는 <math>50 \times</math>(알렉산드리아에서 시에네까지 거리)<math>=50 \times 5000=250,000</math>스타드일 것이다. 대부분의 현대 학자들은 에라토스테네스의 수치가 현대의 측정 결과(24,000마일)보다 대략 5퍼센트 작다고 믿고 있지만, 불행하게도 이는 확신할 수 없다. 에라토스테네스가 사용한 단위 ‘스타드’의 길이는 알려져 있지 않으며, 알렉산드리아와 시에네의 알려진 위치도 그 단위를 정의하는 데 사용할 수 없다. 왜냐하면 계산에 사용된 ‘<math>5000</math>’과 ‘<math>1 \over 50</math>’은 모두 읽기 쉬운 보고서를 만들기 위해 ‘다듬어진’ 것이 분명하기 때문이다.


[[그림:달과 태양까지의 상대 거리 측정.png|thumb|그림 57. 지구에서 달과 태양까지의 상대 거리에 대한 아리스타르코스의 측정. 달이 정확히 반달일 때, 각 EMS는 정확히 90°여야 한다. 따라서 각 MES에 대한 측정은 ES 대 EM의 비율, 즉 지구에서 태양까지의 거리 대 지구에서 달까지의 거리의 비율을 결정해 줄 것이다.]]두 번째 종류의 측정은 기원전 2세기 사모스의 아리스타르코스에 의해 이루어졌는데, 오늘날 그는 코페르니쿠스 체계를 예견한 것으로 더 유명하다. 그는 달이 정확히 반달일 때 지구에서 태양의 중심과 달의 중심이 이루는 각 MES를 이용해 태양과 달의 길이와 크기를 추정했다(그림 57). 달은 달에서 지구가 태양이 이루는 각 EMS가 직각일 때만 반달일 수 있기 때문에, MES의 크기는 달과 지구와 태양을 꼭짓점으로 가지는 직각삼각형의 모양을 완전하게 결정해 줄 것이다. 아리스타르코스의 측정에 따르면 MES=87°였고, 이는 ES:EM=19:1인 삼각형과 대응된다. 이에 따라 그는 지구에서 태양까지 거리가 달까지 거리의 19배라고 보고했으며, 또 달과 태양의 원반이 지구에서 똑같은 각을 차지하고 있기 때문에(그림 58), 그 크기도 19배라고 보고했다.[[그림:달과 태양이 차지하는 각.png|thumb|그림 58. 크지만 멀리 있는 태양과 그보다 작지만 가까이 있는 달은 지표면에서 동일한 각을 차지하고 있다.]]
[[그림:달과 태양까지의 상대 거리 측정.png|thumb|그림 57. 지구에서 달과 태양까지의 상대 거리에 대한 아리스타르코스의 측정. 달이 정확히 반달일 때, 각 EMS는 정확히 90°여야 한다. 따라서 각 MES에 대한 측정은 ES 대 EM의 비율, 즉 지구에서 태양까지의 거리 대 지구에서 달까지의 거리의 비율을 결정해 줄 것이다.]]두 번째 종류의 측정은 기원전 2세기 사모스의 아리스타르코스에 의해 이루어졌는데, 오늘날 그는 코페르니쿠스 체계를 예견한 것으로 더 유명하다. 그는 달이 정확히 반달일 때 지구에서 태양의 중심과 달의 중심이 이루는 각 MES를 이용해 태양과 달의 길이와 크기를 추정했다(그림 57). 달은 달에서 지구가 태양이 이루는 각 EMS가 직각일 때만 반달일 수 있기 때문에, MES의 크기는 달과 지구와 태양을 꼭짓점으로 가지는 직각삼각형의 모양을 완전하게 결정해 줄 것이다. 아리스타르코스의 측정에 따르면 MES=87°였고, 이는 ES:EM=19:1인 삼각형과 대응된다. 이에 따라 그는 지구에서 태양까지 거리가 달까지 거리의 19배라고 보고했으며, 또 달과 태양의 원반이 지구에서 똑같은 각을 차지하고 있기 때문에(그림 58), 그 크기도 19배라고 보고했다.[[그림:달과 태양이 차지하는 각.png|thumb|그림 58. 크지만 멀리 있는 태양과 그보다 작지만 가까이 있는 달은 지표면에서 동일한 각을 차지하고 있다.]]

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