천문학 입문 3

영국인 과학자 아이작 뉴턴(1642~1727)의 업적 이후 천문학의 모든 것은 중력을 중심으로 돌아갔다. 뉴턴은 중력을 두 물체 사이에 작용하는 힘이라고 주장했다. 뉴턴에 따르면 중력은 질량과 거리에 영향을 받는다. 물체의 질량이 클수록, 인력은 더 강해진다. 물체 사이의 거리가 멀수록, 인력은 약해진다. 확실히 뉴턴은 천재였다. 알버트 아인슈타인은 기존의 중력이론을 개선했는데 뉴턴의 이론이 설명할 수 없던 부분까지 설명할 수 있었다. 뉴턴의 이론은 일반적으로 경험하는 중력, 예컨대 사과가 떨어진다던가에 대해서는 들어맞았다. 하지만 다른 관점에서 보면 뉴턴의 이론은 틀렸다. 아인슈타인의 이론은 질량이 큰 물질 근처, 즉 중력이 아주 강한 곳에서 일어나는 현상에 예측했다. 아인슈타인은 중력은 힘이 아니라 별처럼 질량이 아주 큰 물체 주위에서 일어나는 시공간의 왜곡이라고 보았다. 우주의 모든 천체는 끊임없이 움직이며 돌고 있다. 정적인 천체는 존재하지 않는다. 중력으로 인해 다른 천체는 항상 별, 행성, 은하 또는 우주선을 끌어당긴다. 사람은 자기중심적인 데 반해, 우주에는 중심이 없다. 진저 로저스는 프레드 아스테어와 함께 출연한 영화의 한 장면에서 아스테어의 춤을 정반대로 추었다. 진저와 프레드처럼, 달은 지구의 모든 움직임을 따라 한다. 하지만 지구 자전은 예외다. 달의 자전 속도는 지구보다 느리며 대략 한 달에 한 번꼴로 자전한다. 달은 자전함과 동시에 지구를 공전한다. 천문관은 막 천문학에 입문한 아마추어 천문학자들이 들리기 좋은 곳이다. 유익한 전시회나 실내 투영관에서 아름다운 밤하늘의 모습을 영상으로 감살 수 있다. 대다수의 천체투영관에서 소형 망원경을 이용한 야간 관측 프로그램을 운영하는데 주차장, 작은 관측 돔, 국립공원에 모여서 다 같이 별을 보는 활동이다. 북반구에서 보는 하늘은 마치 천구의 북극을 중심으로 회전하는 것처럼 보인다. 북극성은 천구의 북극에 근접해 있으며 밤새도록 떠 있기 때문에 별을 보는 사람들에게 좋은 이정표가 된다. 지구는 돈다. 그리스 철학자 헤라클레이데스 폰티쿠스가 기원전 4세기에 했던 말이다. 하지만 사람들은 헤라클레이데스의 관측을 믿지 않았다. 만약 지구가 돈다면, 빠르게 움직이는 회전목마나 빙글빙글 돌아가는 마차에 타 있는 것처럼 사람들이 어지러움을 느껴야 한다고 생각했다. 실제로 지구가 회전함에 따라 나타나는 현상을 느끼지 못했기 때문에 자전의 개념을 상상할 수 조차 없었다. 대신에 고대인들은 태양이 하루에 한 번, 지구 주변을 돈다고 생각했다. 지구가 자전한다는 증거는 1851년, 헤라클레이데스의 출연 이후 2,000년이 넘게 지나서야 나타났다. 프랑스의 과학자 푸코가 파리 천문대의 천장에 금속으로 된 공을 매달았다. 그 뒤 파리에 있는 판테온 신전의 천장에도 67미터 길이의 줄에 금속 공을 달았다. 푸코는 푸코의 진자라고 불리는 이 장치를 통해 지구의 자전을 처음으로 증명해냈다. 하루 온종일 진자의 움직임을 바라보고 있으면, 바닥이 회전함에 따라 진자의 운동 면이 움직이는 모습을 볼 수 있다. 바닥이 돌았다는 건, 지구가 회전했다는 뜻이다. 자전축을 중심으로 지구가 회전함에 따라 별이나 다른 천체들은 동쪽에서 서쪽으로 움직이는 것처럼 보인다. 그리고 태양은 1년에 걸쳐 하늘에 일정한 궤도를 그리며 움직이는데, 이 원을 황도라고 부른다. 황도는 천구의 적도에서 23.5도 기울어져 있는데 직각에서 지구의 자전축이 공전 궤도면과 이루는 각도를 뺀 값과 같다. 행성들은 황도 근처에서 움직인다. 황도의 12개 별자리를 배경으로 일정하게 움직이는데 이 별자리들을 통틀어서 황도 12궁이라고 부른다. 지구가 끊임없이 공전함에 따라 밤하늘의 모습이 조금씩 바뀌었다. 별은 하룻밤 동안, 혹은 1년 내내 지평선을 기준으로 같은 위치에 머무르지 않는다. 황혼쯤에 하늘 높이 떠 있는 별자리가 한 달이 지나면 해가 지고 난 뒤에 서쪽 낮은 곳에서 보인다. 만약 해뜨기 전에 동쪽 낮은 곳에 있는 별자리가 있다면, 몇 달 뒤 자정에는 높은 하늘에 있을 것이다. 북반구의 밤하늘에서 길을 찾는 가장 오래된 방법은 북극성에 집중하는 것이다. 북극성은 거의 움직이지 않는다. 일단 북쪽을 찾으면, 나머지 별은 쉽게 찾을 수 있다. 남반구에 있다면 켄타우로스 자리 알파와 베타를 먼저 찾으면 남반구의 이정표 역할을 하는 남십자성을 쉽게 찾을 수 있다. 큰 곰자리 안에 있는 북두칠성을 이용하면 북극성을 쉽게 찾을 수 있다. 북두칠성은 상대적으로 알아보기 쉬운 편에 속한다. 미대륙, 캐나다, 영국에 산다면 매일 밤 북두칠성을 볼 수 있다. 북극성에 가까운 별들은 영국이나 비슷한 위도의 북아메리카에서는 수평선 아래로 지지 않는다. 이들은 주극성, 다시 말해 북극성 주위를 도는 별이다. 큰 곰자리 역시 주극별자리인데 거의 모든 북반구에서 볼 수 있다. 주극성이 되는 범위는 위도에 따라 달라진다. 북극에 가까울수록 주극성이 많아진다고 보면 된다. 남반구의 경우 남극에 가까워질수록 주극성이 많아진다. 한 별자리가 북반구에서 주극이라면 남반구에서는 주극이 되지 않으며 역도 성립한다. 오리온은 북반구에 겨울이 오면 저녁쯤에 보이는 별자리다. 오리온의 벨트를 이루는 3개의 별을 잇는 직선을 그리면 큰 개자리의 시리우스로 이어지고, 반대 방향에는 황소자리의 알데바란을 지난다. 오리온자리에는 1등성인 베텔게우스와 리겔이 있으며 이 두 별은 오리온자리를 찾는 지표가 된다.