역사상 가장 위대한 천문학자, 케플러

[장성열]

독일의 수학자이자 천문학자로 17세기 천문학 혁명의 중심 인물 중 한 사람이다. ‘신천문학’ 에서 행성의 운동에 관한 제1법칙인 ‘타원 궤도 법칙’ 과 제2법칙인 ‘면적 속도 일정 법칙’ 을 발표하여 코페르니쿠스의 지동설을 수정·발전시켰다. 그 뒤 ‘우주의 조화’ 에 행성 운동의 제3법칙을 발표하였다.

케플러 법칙은 그 후 뉴턴이 만유인력의 법칙을 확립하는 데 기초를 제공하였다.

케플러 우주선과 케플러 우주 만원경으로 유명한, 케플러는, 지동설을 주장한 코페리니쿠스의 주장을 좀더 구체적으로 설명하면서, 현대 천문학의 기초를 마련하였다.

케플러 제1법칙: 이 법칙은 타원 궤도 법칙으로도 불린다.

태양 중심설을 주장한 코페르니쿠스는 사실상 지구와 태양의 자리를 바꾸어 놓았을 뿐 행성들은 모두 원 궤도를 그리며 운동한다고 생각하였다. 따라서 그의 태양 중심설에 따르더라도 행성들의 움직임을 정확히 설명하기는 어려웠다.

케플러는 스승이 남긴 정확하면서도 방대한 화성 관측 자료를 분석하여 화성의 공전 궤도를 그려 낼 수 있었다. 하지만 브라헤의 관측 결과로부터 구한 공전 궤도들은 원궤도와 비교해 보니 아주 미세한 오차가 발생했다.

무시할 수 있는 오차라고 생각할 수도 있었지만, 브라헤의 관측 결과의 정확성을 믿고 있던 케플러는 다시 8년이라는 기나긴 검토 작업 끝에 행성들의 공전 궤도가 당시의 과학자들이 생각하던 원궤도가 아니라는 결론을 내렸다.

케플러 제2법칙: 면적 속도 일정 법칙이다.

케플러는 제2법칙을 통해 어떤 행성이든 공전 궤도 위의 한 지점에서 그 행성의 공전 속도를 계산할 수 있게 되었다.

케플러 제3법칙: 케플러는 태양으로부터 거리와 행성의 공전 주기 사이에는 일정한 관계가 있다는 것을 발견하였케플러는 이 법칙이 우주에서 천체 운동의 조화를 잘 나타낸다고 생각하여 조화 법칙이라고 이름 붙였다.

행성의 운동에 대한 케플러의 3가지 법칙은 태양이 중력을 통해 그 주위를 돌고 있는 행성들의 운동에 영향을 미치고 있다는 사실을 경험적으로 증명한 것이다. 케플러 법칙은 그로부터 50년쯤 후 영국의 뉴턴이 만유인력의 법칙과 물체의 운동에 대한 법칙들을 정리하는 데 기초가 됨으로써 근대 과학의 발달에 크게 기여하였다.

*제1법칙: 행성의 궤도는 태양을 하나의 초점으로 하는 타원이다.

*제2법칙: 행성이 궤도를 돌고 있을 때 태양과 그 행성을 묶는 선은 같은 시간 내에 같은 면적을 지난다.

*제3법칙: 행성의 공전 주기의 제곱과 궤도 긴반지름 세 제곱의 비의 값은 어느 행성에 대해서도 같다.