별빛을 측정해

우주를 해석한 과학자들

 

이 책은 빛의 속도를 밝혀내기까지 이어진 과학자들의 사유와 관측의 과정을 따라간다. 갈릴레이에서 뉴턴, 뢰머, 브래들리, 라플라스와 르베리에에 이르기까지, 하늘을 향한 질문은 점점 더 정밀한 방법과 만나며 하나의 확실한 지식으로 다가간다. 망원경과 시계, 계산과 추론을 통해 보이지 않는 것을 드러내는 그들의 여정은 과학이 어떻게 세계를 이해해 왔는지를 차분하게 보여준다. 이 책은 단순한 발견의 기록이 아니라 관측과 이론이 맞물리며 진리에 다가가는 과정 그 자체를 담고 있다. 별빛을 바라보던 인간의 사유가 어떻게 측정으로 그리고 확신으로 바뀌어갔는지 그 과정들을 친절하게 소개한다.

[목 차]

● 서문 06

 

제1장 뢰머와 브래들리, 그리고 빛의 속도 011

제2장 라그랑주와 라플라스 – 태양계의 안성성과 성운설 039

제3장 허셜과 항성의 운동 067

제4장 소행성의 발견 095

제5장 베셀 – 별까지의 거리, 그리고 항성 행성의 발견 109

제6장 해왕성의 발견 129

제7장 혜성과 별똥별 153

제8장 조수에 대하여 185

[본 문]

빛은 별에서 우리의 눈으로 여행해 온다. 그런데 그것은 순간적으로 도달하는가, 아니면 도중에 머뭇거리며 오는가? 만약 빛이 느리게 온다면, 그것은 현재의 상태를 전해주는 것이 아니라, 아주 오래전에 그 여정을 시작했을 당시의 상황을 우리에게 알려주는 셈이 된다.(16쪽)

 

별은 1년 동안 일정한 주기로 미세한 진동 운동을 한 셈이었다. 인근의 다른 별들도 비슷한 변화를 보였으며, 이러한 현상은 ‘광행차(光行差, aberration)’, 즉 별이 실제 위치에서 약간 벗어나 보이는 현상이라 불리게 되었다.

브래들리는 이 관측 결과와 그와 유사한 여러 현상에 대해 오랫동안 깊이 고민했다. 그는 어떤 별들은 작은 원 궤도를 그리는 반면, 그로부터 떨어진 별들은 직선 형태로 진동하고, 또 다른 별들은 타원형의 궤적을 보인다는 사실을 발견했다. 이 현상의 원인이 밝혀지지 않는 한, 정확한 천문학은 불가능했다.

‘항성(恒星)’이라고 불렸던 별들이 사실은 전혀 ‘고정된’ 것이 아니었던 것이다. 이전에는 전혀 알 수 없었던 수준의 정밀한 관측이 가능해지자, 모든 별들이 마치 지구의 공전주기와 관련된 작은 궤도를 따라 움직이는 듯한 모습을 보였다.(30~31쪽)

 

먼저 살펴볼 것은 달의 칭동(稱動, libration)에 관한 연구다. 이 현상은 갈릴레이가 아르체트리에서 여생을 보내던 무렵, 실명하기 직전에 발견한 것이다. 잘 알려져 있듯이, 달은 지구 주위를 공전하면서 항상 같은 면을 우리에게 향하고 있다. 다시 말해, 달은 외부 천체들을 기준으로 보면 자전하고 있지만, 지구를 기준으로는 자전하지 않는 것처럼 보인다.(41쪽)

 

태양계에서 당시까지 알려져 있던 모든 운동은 한 방향 그리고 오직 그 한 방향으로만 일어난다는 점이다. 행성들은 모두 같은 방향으로 태양을 공전하고, 위성들도 같은 방향으로 행성을 돌며, 자전하는 것으로 알려진 모든 천체들 역시 모두 동일한 방향으로 회전하고 있었다.(59쪽)

 

자연에 대한 진정한 열정과 사랑을 품고 있었고, 그 힘으로 불리한 여건들을 극복해냈다. 정통적인 길이 아닌 샛길로 천문학의 영역에 들어선 그는, 스스로 새로운 길을 개척하여 천문학에 신선한 생명력과 활기를 불어넣었다. 이 사람이 바로 윌리엄 허셜(William Herschel)이다.

아그네스 메리 클러크(Miss Clerke)는 자신의 책 《19세기 천문학의 대중적인 역사》에서 이렇게 말한다.

“허셜의 등장은, 다소 조용하고 평범했던 18세기에 나타난 유일하게 두드러진 특이현상이다. 그의 등장은 19세기 사건들의 흐름을 결정지었다. 이전의 어떤 것으로도 설명될 수 없었지만, 이후의 모든 것은 그의 등장을 중심으로 돌아가게 되었다.

그는 노력의 방향을 새롭게 돌려놓았고, 사유에 새로운 자극을 주었다. 허셜은 천문학에 대해 점점 높아지고 있던 대중적 관심이 흘러들어갈 새로운 통로를 열어주었다.”(69쪽)

 

베셀의 천재성은 바로 이 점을 간파했다는 것이다. 그는 미래의 천문학이 반드시 어둡고 보이지 않는 천체를 다루게 될 것이라고 일관되게 주장했고, ‘보이지 않는 것의 천문학’을 설파했다. 더 나아가 그는 두 개의 그런 어두운 천체가 존재한다고 예측했다. 하나는 시리우스의 동반성이고, 다른 하나는 프로키온의 동반성이었다. 그는 이 별들의 운동에서 특정한 불규칙성을 발견했으며, 이는 반세기 주기로 다른 천체 주위를 도는 운동에서 비롯된 것이라고 주장했다.(125~126쪽)

 

과학에서 ‘예측’은 새로운 일이 아니다. 특히 천문학에서는 더욱 그렇다. 수천 년 전, 탈레스와 그 이름조차 전해지지 않는 이들도 일식과 월식을 어느 정도 확실하게 ― 비록 대략적인 정확도에 머물렀지만 ― 예측할 수 있었다. 그리고 많은 천문 현상들은 축적된 경험을 통해 미리 짐작하는 것이 가능했다.(131쪽)