프톨레마이오스의 우주이론

프톨레마이오스가 도입한 두 번째 우주 체계는 '주전원 모델'이다. 이 모델은 기원전 3세기 말에 아폴로니오스라는 천문학자가 처음 제안했던 우주 구조이기도 하다. 주전원 모델은 행성들이 왜 역행 운동을 하는지를 잘 설명해준다. 이 모델에 의하면 행성들은 이심원을 따라 지구 주위를 공전하면서, 동시에 주전원이라고 하는 작은 원을 따라 움직인다. 주전원의 중심은 이심원에 있으며, 각 행성의 주전원은 서로 겹치지 않는다.

프톨레 마이오스의 역행 운동 설명

행성의 역행 운동은 행성들이 주전원을 따라 움직이는 운동과 이심원을 따라 공전하는 운동, 이 두 운동의 결합으로 설명할 수 있다. 행성이 주전원 상에서 공전 방향과 같은 방향으로 이동할 때 행성은 서쪽에서 동쪽으로 순행하는 것으로 보인다. 하지만 주전원 상에서 행성이 공전 방향과 반대 방향으로 이동할 때에는 행성이 동쪽에서 서쪽으로 역행하는 것으로 보일 것이다.

행성들의 움직임을더 잘 설명하기 위해 프톨레마이오스는 '이심모델'이라는 세번째 모델을 도입했다. 이심은 이심원의 중심을 기준으로 했을때 지구반대편에 위치해 있다. 중심에서 이심까지의 거리는 중심에서 지구까지의 거리와 같다. 이 모델에서 프톨레마이오스는 각속도 개념을 도입해서 행성들의 운동을 나타냈다. 이심을 기준으로 보았을 때 행성들은 일정 시간 동안 일정한 각도를 그리면서 운동한다는 것이다. 

프톨레마이오스는 이처럼 이심원, 주전원, 이심 개념을 도입함으로써 원운동만을 이용해 천체의 불규칙한 운동들을 잘 설명해냈다. 프톨레마이오스의 수학적 우주이론은 그의 저서 <수학의 집대성> 에 담겼다. 13권으로 구성된 이 책은 일종의 천문학, 수학 백과사전이자 연구서이다. 프톨레마이오스는 이 책에서 고대 그리스에서부터 이어진 천문학연구 성과들을 정리하고, 자신의 독창적인 우주 체계를 완성했다.

프톨레마이오스의 우주 체계

이심원 모델 : 지구가 공전 중심에서 벗어남 → 행성의 이동 속도가 달라짐

주전원 모델 : 행성이 주전원을 볼면서 공전 → 행성의 역행 운동

이심 모델 : 행성은 이심을 기준으로 일정한 시간에 일정학 각도를 이동

 프톨레마이오스가 활동했던 헬레니즘 시대는 로마의 지배로 막을 내린다. 이후 로마는 3~4세기를 지나면서 동로마 제국과 서로마 제국으로 분열했고, 서로마 제국은 476년 게르마 민족에 의해 멸망했다. 보톨 서로마제국이 멸망한 476년부터 유럽의 중세가 시작되었다고 본다.

중세가 시작될 즈음 유럽 학자들의 학문 목표는 헬레니즘 시대와는 상당히 달라져 있었다. 380년에 기독교가 로마 제국의 국교가 된 이후로 학문의 가장 중요한 목표는 기독교의 가르침을 정당화하고 기독교 교리를 개발하는 것이 되었다. 따라서 순수한 지적 활동으로 평가받았던 고대 그리스의 학문은 계속 이어지기 어려웠다. 물론 기독교의 교리를 강화하는데 고대 그리스 학문을 이용하려는 시도가 있었고, 이를 위해 소도원을 중심으로 고리스 고전 서적들을 필사하고 연구하기도 했다. 하지만 고대 그리스에서 진행되었던 '자연에 대한 순수한 지식 체계'를 확립하려는 학문 활동은 점차 주변으로 밀려났다.

프톨레마이오스의 우주, 태양의 연주 운동 궤도, 수성과 금성의 공전 궤도를 나타낸 그림

태양은 1년, 수성은 7년, 금성은 8년 만에 첫 위치로 돌아온다.

서유럽에서 고대 그리스 학문이 잊히는 동안 유럽의 동쪽에서는 고대 그리스 학문이 맹위를 떨치고 있었다. 그 주역은 바로 이슬람인들이었다. 아라비다반도의 메카에서 태어난 마호메트는 622년에 이슬람을 창시하고 이후 아라비아반도를 통일했다. 이슬람인들이 정복한 지역에는 알렌산드리아처럼 헬레니즘 시대에 자연철학이 크게 발달했던 지역들이 포함되어 있었다.

바그다드에 수도를 둔 이슬람인들은 고대 그리스의 학문과 문화를 흡수하고자 했고, 이를 위해 국가의 대대적인 지원 아래 번역 사업을 펼쳤다. 이들은 갈레노스, 히포크라테스 , 플라톤, 아리스토텔레스, 유클리드 등 고대 그리스 학자들의 책을 아랍어로 번역했다. 그리고 이를 바탕으로 여러 과학 분야에서 독창적이고 혁신적인 발전을 이루어 냈다. 그리그 고전 번역서와 과학 연구 성과는 이슬람 제국의 전 지역으로 퍼져 나갔다.

이슬람인들이 번역한 고대 스리스 서적 중에는 프톨레마이오스가 쓴 '수학의집대성' 도 있었다. 이슬람인들은 이 책을 그리스어에서 아랍어로 번역하면서 책의 제목을 '최고의 책' 혹은 '위대한 책'이라는 의미의 '알마게스트'로 바꾸어 버렸다. 오늘날까지도 프톨레마이오스의 책은 원래 제목보다 알마게스트라는 제목으로더 널리 알려져있다.

사실 프톨레마이오스의 체계는 아리스토텔레스 천문학의 제 1원칙인 행성의 등속 원운동 원칙을 위반했다. 그럼에도 행성의 움직임을 매우정확하게 예측할 수 있었기 때문에, 16세기에 코페르니쿠스가 대안을 제시할때까지 오랫동안 이슬람과 유럽의 학자들에게 수용되었다.

2019/06/13 - [우주과학] - 우주의 모습을 상상한 그리스 철학자들 - 4, 프톨레마이오스

2019/06/13 - [우주과학] - 우주의 모습을 상상한 그리스 철학자들 - 3, 아리스토텔레스