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Johannes Kepler
1571.12.27. ~ 1630.11.15.
개요
요하네스 케플러 (Johannes Kepler) 는 독일의 수학자이자 천문학자로, 근대 천문학의 아버지라고 할 수 있을 정도로 많은 업적들을 남겼습니다. 대표적으로 그가 제안한 케플러 행성운동 법칙은 아이작 뉴튼이 만유인력의 법칙을 확립했을 때에 중요한 기초가 되었습니다.
케플러는 원래 성직자가 되려고 했었고, 나중에 천문학 연구를 하면서도 그것이 신의 섭리를 발견하기 위한 것이라고 생각했을 정도로 독실한 신앙을 가졌습니다. 그는 성직자가 되기 위해 독일 튀빙겐 대학에 입학하여 교양학부를 마치고 신학부에 입학하였는데, 신플라톤주의와 쿠자누스의 기하학적 신비주의, 코페르니쿠스의 우주 체계 등을 접하면서 천문학에 빠지게 되었습니다. 그의 글 곳곳에서 신비주의적 성향이 나타나는 것도 대학 시절에 받은 영향을 통해 이해할 수 있습니다.
케플러는 1596년에 『우주의 신비』 (Mysterium Cosmographicum) 라는 책을 발표하면서 천문학자로서의 활동을 시작하였습니다. 이 책은 그 제목처럼 우주의 신비에 대해 사변적인 논의를 통해 설명하고 있는데, '왜 우주에는 여섯 개의 행성만 존재하는가?', '신은 왜 여섯 개의 행성을 창조했는가?' 같은 질문들에서 출발합니다.[1]이 문제에 대해 그는 정다면체가 5개밖에 없다는 사실을 이용하여 설명했는데, 행성이 여섯 개인 경우에 행성 사이에 정다면체가 들어갈 수 있는 공간이 정확히 다섯 개가 나온다는 결론을 도출했습니다. 이처럼 그는 굉장히 신비주의적인 생각들을 했으며 그것들을 설명하기 위해 다양한 기법들을 사용하였으나 그런 논의에 머물러 있지만은 않았습니다.
1600년에 케플러는 티코 브라헤의 초청으로 프라하에 가서 화성의 궤도를 계산하는 일에 착수합니다. 천체관측의 거장과 탁월한 수학적 재능을 가진 두 사람의 공동 작업이었기 때문에 정말 역사적인 일이 되었으나, 1년 후에 티코 브라헤가 갑작스럽게 죽으면서 둘의 공동 작업은 무산되었습니다. 이후에 티코가 남긴 관측 자료들은 케플러에게 넘어갔고, 그는 이것을 바탕으로 약 5년 가량 화성의 궤도를 설명하기 위한 연구를 계속했습니다. 마침내 그는 케플러 제1법칙 - '행성은 태양을 한 초점으로 하는 타원궤도를 그리면서 공전한다'는 사실과 제2법칙 - '행성과 태양을 연결하는 가상의 선분이 같은 시간 동안 쓸고 지나가는 면적은 항상 같다'는 사실을 밝혀내었습니다. 그는 원운동에 대한 집착을 버림으로써 위대한 발견을 할 수 있었던 것입니다.
케플러 행성운동 법칙 중 마지막 법칙인 제3법칙은 1619년에 『우주의 조화』 (Harmonice Mundi) 라는 책을 통해 발표되었습니다. 이 책에는 우주의 다양한 조화에 대한 법칙들이 나오는데, 그 중 하나가 바로 케플러 제3법칙입니다. 제3법칙은 '행성의 공전주기의 자승은 궤도의 장반경의 3승에 비례한다'는 내용입니다.
케플러의 행성운동 법칙을 정리해보면 아래와 같습니다.
- 행성은 태양을 한 초점으로 하는 타원궤도를 그리면서 공전한다.
- 행성과 태양을 연결하는 가상의 선분이 같은 시간 동안 쓸고 지나가는 면적은 항상 같다.
- 행성의 공전주기의 자승은 궤도의 장반경의 3승에 비례한다.
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Sn
- ↑ 현대적인 시각에서 본다면 상당히 웃긴 질문으로 보일 수도 있으나, 케플러의 시대에서 이러한 생각은 특별한 것만은 아니었습니다.