성반 (천문학)
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1. 개요
성반은 고대 그리스에서 시작되어 이슬람 세계와 중세 유럽을 거쳐 동아시아까지 전파된 천문 관측 도구이다. 천구를 평면에 투영하는 평사도법을 이용하여 별의 위치, 시간 등을 측정하는 데 사용되었으며, 항해, 점성술, 종교적 목적 등 다양한 분야에 활용되었다. 17세기 추시계와 망원경의 발명으로 실용적 중요성은 감소했지만, 교육, 역사 연구, 예술 작품 등에서 그 가치를 지니고 있다.
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| 성반 (천문학) | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 종류 | 천문학 기기 |
| 용도 | 천체의 위치 측정, 시간 결정 |
| 문화권 | 헬레니즘 세계, 이슬람 세계, 유럽 |
| 역사 | |
| 기원 | 헬레니즘 시대 |
| 발명자 | 히파르코스(추정) 테온(개량) |
| 관련 명칭 | |
| 그리스어 | (아스트롤라보스, "별을 잡는 자"라는 의미) |
| 아랍어 | (알아스투를라브) / (아스투를라브) / (아스투를라브) |
| 페르시아어 | (세타레야브) |
2. 역사
성반의 기원은 고대 그리스에서 시작된다.[46][47] 그리스의 기하학자 아폴로니우스(BC 225년경)가 성반의 투영과 관련된 좌표변환에 대해 연구했을 것으로 추정되지만, 성반의 투영법에 가장 많은 영향을 준 사람은 히파르쿠스(BC 180)이다. 히파르쿠스는 3차원 구면으로 나타낼 수 있는 천구를 평면에 투영하는 구면평사도 기법을 개발하여, 복잡한 구면삼각함수 없이도 별에 대한 좌표체계를 간단하게 성립시켰다.[46][47]
프톨레마이오스는 저서 천문학대계(Almagest)에서 평사도법을 설명하고, 이 방법을 통해 별의 위치를 쉽게 나타낼 수 있다고 설명했다. 마르쿠스 비트르비우스 폴리오(기원전 88~기원전 26)의 시계 등에서 구면평사도 투영기법이 적용된 사례를 볼수있다.[46][47]
4세기에 들어 성반에 관한 지식은 북아프리카와 동쪽으로 전해졌으며, 비잔티움 제국 학자들에 의해 시리아어와 아랍어로 번역되어 이슬람권으로 넘어가게 된다.[46][47]
성반은 헬레니즘 시대에 발명되어 히파르코스가 별 목록을 제작하는 데 사용되었을 가능성이 있는 천구의의 2차원 버전이다. 알렉산드리아의 테온()은 성반에 대한 상세한 논문을 썼다. 평면 성반의 발명은 테온의 딸 히파티아에게 잘못 귀속되기도 하지만, 훨씬 이전에 사용된 것으로 알려져 있다.[7][8][9] 프톨레마이오스가 테트라비블로스에 기록된 천문 관측을 하기 위해 성반을 사용했다는 주장도 있지만, 설득력 있는 증거는 없다.[10]
프톨레마이오스는 ''알마게스트'' 제5.1장에서 천구의 제작에 대해 설명하고 있으며, 이것이 그가 사용한 도구로 추정된다.
성반은 비잔틴 제국에서 계속 사용되었다. 기독교 철학자 요한 필로포누스는 그리스어로 성반에 대한 논문()을 썼는데, 이는 이 기기에 대한 현존하는 가장 오래된 논문이다.[11] 메소포타미아의 주교 세베루스 세보흐트 또한 7세기 중반에 시리아어로 성반에 대한 논문을 썼다. 세보흐트는 논문의 서론에서 성반이 놋쇠로 만들어졌다고 언급했는데, 이는 이슬람 세계나 라틴 서방에서 개발되기 훨씬 전에 기독교 동방에서 금속 성반이 알려졌음을 시사한다.[14]
이슬람 세계에서 성반은 8세기경부터 크게 발전하였다.[48] 무함마드 이븐 자빌 알 하르니 알 바트니는 플라톤 티부르티누스가 번역한 자신의 저서 ''키타브 아즈-지''를 통해 삼각함수 공식을 정립하여 성반의 수학적 이론적 배경을 확립했다.[18][19] 성반은 다양한 기능이 추가되고 정교화되면서, 키블라(메카의 방향)를 찾거나 살라트(기도) 시간을 계산하는 등 이슬람교의 종교적 목적에도 활용되었다.[18][19]
8세기 수학자 무함마드 알-파자리는 이슬람 세계에서 성반을 만든 최초의 인물로 여겨진다.[17] 아바스 왕조 초기에 만수르 등 역대 칼리프들이 주도하여 그리스어 문헌을 중심으로 시리아어, 파흐라비어 등 여러 문헌을 아랍어로 상호 번역하는 "번역 운동"이 융성했는데, 이 시기에 천문학 관련 여러 분야의 연구도 활발해져, 아스트롤라베에 대해서도 그 용도에 따라 다양한 연구와 제작이 이루어졌다.[43] 9세기에는 점성술사이자 아스트롤라베 제작자였던 알리 이븐 이사(''‘Alī ibn ‘Īsā'') 등 아바스 왕조의 궁정에서 활약한 사람들이 아스트롤라베를 제작하였다.[43] 황동으로 만든 아스트롤라베는 이슬람 세계 각지에서 발달했으며, 주로 천체나 지상의 목표물의 고도를 측정하거나, 시각을 산출, 점성술에 필요한 특정 천구상의 별자리 배치를 재현하는 등에 사용되었다.[43] 사분원과 함께 휴대용 천체 관측기로 보급되어, 항해 중 시각이나 위치 측정, 지상에서의 키블라를 찾는 데 널리 사용되었다. [https://web.archive.org/web/20071031023004/http://www.soas.ac.uk/gallery/Previous/IslamicPatronage/19.html 최초의 예]는 927-8CE(히즈라력으로 315년)의 것이다.
10세기 알 수피는 천문학, 점성술, 항해, 측량, 시간 측정 등 다양한 분야에서 성반의 1,000가지 이상의 다른 용도를 설명했다.[18][19] 12세기에는 샤라프 알-딘 알-투시가 "알-투시의 지팡이"라고 불리는 ''선형 성반''을 발명했다.[21]
기어식 기계 성반은 1235년 이스파한의 아비 바크르가 발명했다.[22] 구형 성반은 이슬람 세계의 천문학자와 발명가들이 중세 시대에 발명한 성반과 천구의의 변형이었다.
12세기 이슬람이 이베리아반도를 점령하면서 성반은 이슬람 세계에서 유럽 세계로 전해졌다.[15][16] 11세기부터 유럽에서 성반을 볼 수 있었지만, 13-14세기가 될 때까지 널리 사용이 퍼지지 않았다.[15][16] 13세기에 들어서 유럽인들은 성반을 자신들과 알맞게 변형시키기 시작했는데, 성반 원판에 점성술에 관한 정보를 추가시키고 이슬람식의 시간간격을 편집, 유럽에 맞게 시간 간격을 새로 새겨 넣었다. 이슬람 사람들이 사용했던 기도와 관련된 정보는 유럽인들에게는 필요 없어졌기 때문에 삭제되었다.
천문학을 하는 사람이라면 기본적으로 성반의 사용법에 대해 알아야 했을 정도로 성반은 15,16세기 유럽에서 가장 널리 사용되는 천문도구가 되었다.[15][16] 영어로 된 최초의 성반 설명서는 영국의 제프리 초서가 1391년 그의 아들에게 설명해주기 위한 설명서인 ''성반에 관한 논문''였다.[28][29] 비록 아들을 위한 설명서였으나 상당히 높은 수준의 천문학적 지식이 요구되는 어려운 설명서였다.
15세기에 성반 제조업은 독일과 몇몇 지방에서만 활성화되었지만 17세기부터는 많은 지역에서 만들어졌다. 하지만 성반의 제조는 매우 정교해 전문성을 요구하는 작업인 것은 분명했기 때문에 수많은 성반이 단 몇 명에 의해 만들어지는 경우가 많았다. 이 때 개성 깊은 몇몇 장인들에 의해서 다양한 형태의 성반이 만들어졌다. 금속 성반은 이 시기에 만들어졌지만 비싸서 오직 고위계층 사람들만 사용할 수 있었다. 대신 인쇄술의 발달에 의해 종이재질로 만들어진 성반이 많은 사람들에 의해 보급되었다.
17세기 중엽 이후 추 시계의 발명으로 더 정확한 시계가 등장하고, 망원경과 같은 획기적인 발명품들이 사용 가능해지면서 성반의 사용은 점차 감소했다. 현재는 교육적인 용도나 호기심, 재미로 사용된다.
기계식 천문 시계는 초기에는 천문도의 영향을 받았다. 여러 면에서 시계 장치 천문도로 볼 수 있으며, 태양, 별, 행성의 현재 위치를 지속적으로 표시하도록 설계되었다. 월링퍼드의 리처드의 시계()는 천문도와 유사하게 고정된 망 뒤에서 회전하는 별 지도로 구성되었다.
프라하 천문 시계와 같이 황도면의 입체 투영법을 채택하여 천문도 스타일의 디스플레이를 사용하는 천문 시계도 있다. 최근에는 천문도 시계가 인기를 얻고 있는데, 스위스 시계 제작자 루드비히 외슐린은 1985년 율리스 나르덴(Ulysse Nardin)과 함께 천문도 손목시계를 설계하고 제작했다.[35] 네덜란드 시계 제작자 크리스티안 판 데어 클라우우도 현재 천문도 시계를 제조한다.[36]
혼개통헌(渾蓋通憲)이라는 이름으로 성반이 동아시아에 전래된 것은 17세기 유럽의 예수회 선교사들을 통해서였다. 조선 시대 실학자 유금은 서울의 위도(북극출지삼팔도)가 새겨진 성반을 제작했는데, 이는 18세기 동아시아에서 제작된 유일한 성반으로 학계에 보고되었다.
2. 1. 고대 그리스
성반의 기원은 고대 그리스에서 시작된다.[46][47] 그리스의 기하학자 아폴로니우스(BC 225년경)가 성반의 투영과 관련된 좌표변환에 대해 연구했을 것으로 추정되지만, 성반의 투영법에 가장 많은 영향을 준 사람은 히파르쿠스(BC 180)이다. 히파르쿠스는 3차원 구면으로 나타낼 수 있는 천구를 평면에 투영하는 구면평사도 기법을 개발하여, 복잡한 구면삼각함수 없이도 별에 대한 좌표체계를 간단하게 성립시켰다.[46][47]프톨레마이오스는 저서 천문학대계(Almagest)에서 평사도법을 설명하고, 이 방법을 통해 별의 위치를 쉽게 나타낼 수 있다고 설명했다. 마르쿠스 비트르비우스 폴리오(기원전 88~기원전 26)의 시계 등에서 구면평사도 투영기법이 적용된 사례를 볼수있다.[46][47]
4세기에 들어 성반에 관한 지식은 북아프리카와 동쪽으로 전해졌으며, 비잔티움 제국 학자들에 의해 시리아어와 아랍어로 번역되어 이슬람권으로 넘어가게 된다.[46][47]
성반은 헬레니즘 시대에 발명되어 히파르코스가 별 목록을 제작하는 데 사용되었을 가능성이 있는 천구의의 2차원 버전이다. 알렉산드리아의 테온()은 성반에 대한 상세한 논문을 썼다. 평면 성반의 발명은 테온의 딸 히파티아에게 잘못 귀속되기도 하지만, 훨씬 이전에 사용된 것으로 알려져 있다.[7][8][9] 프톨레마이오스가 테트라비블로스에 기록된 천문 관측을 하기 위해 성반을 사용했다는 주장도 있지만, 설득력 있는 증거는 없다.[10]
프톨레마이오스는 ''알마게스트'' 제5.1장에서 천구의 제작에 대해 설명하고 있으며, 이것이 그가 사용한 도구로 추정된다.
성반은 비잔틴 제국에서 계속 사용되었다. 기독교 철학자 요한 필로포누스는 그리스어로 성반에 대한 논문()을 썼는데, 이는 이 기기에 대한 현존하는 가장 오래된 논문이다.[11] 메소포타미아의 주교 세베루스 세보흐트 또한 7세기 중반에 시리아어로 성반에 대한 논문을 썼다. 세보흐트는 논문의 서론에서 성반이 놋쇠로 만들어졌다고 언급했는데, 이는 이슬람 세계나 라틴 서방에서 개발되기 훨씬 전에 기독교 동방에서 금속 성반이 알려졌음을 시사한다.[14]
2. 2. 중세 이슬람
이슬람 세계에서 성반은 8세기경부터 크게 발전하였다.[48] 무함마드 이븐 자빌 알 하르니 알 바트니는 플라톤 티부르티누스가 번역한 자신의 저서 ''키타브 아즈-지''를 통해 삼각함수 공식을 정립하여 성반의 수학적 이론적 배경을 확립했다.[18][19] 성반은 다양한 기능이 추가되고 정교화되면서, 키블라(메카의 방향)를 찾거나 살라트(기도) 시간을 계산하는 등 이슬람교의 종교적 목적에도 활용되었다.[18][19] 8세기 수학자 무함마드 알-파자리는 이슬람 세계에서 성반을 만든 최초의 인물로 여겨진다.[17] 아바스 왕조 초기에 만수르 등 역대 칼리프들이 주도하여 그리스어 문헌을 중심으로 시리아어, 파흐라비어 등 여러 문헌을 아랍어로 상호 번역하는 "번역 운동"이 융성했는데, 이 시기에 천문학 관련 여러 분야의 연구도 활발해져, 아스트롤라베에 대해서도 그 용도에 따라 다양한 연구와 제작이 이루어졌다.[43] 9세기에는 점성술사이자 아스트롤라베 제작자였던 알리 이븐 이사(''‘Alī ibn ‘Īsā'') 등 아바스 왕조의 궁정에서 활약한 사람들이 아스트롤라베를 제작하였다.[43] 황동으로 만든 아스트롤라베는 이슬람 세계 각지에서 발달했으며, 주로 천체나 지상의 목표물의 고도를 측정하거나, 시각을 산출, 점성술에 필요한 특정 천구상의 별자리 배치를 재현하는 등에 사용되었다.[43] 사분원과 함께 휴대용 천체 관측기로 보급되어, 항해 중 시각이나 위치 측정, 지상에서의 키블라를 찾는 데 널리 사용되었다. [https://web.archive.org/web/20071031023004/http://www.soas.ac.uk/gallery/Previous/IslamicPatronage/19.html 최초의 예]는 927-8CE(히즈라력으로 315년)의 것이다.10세기 알 수피는 천문학, 점성술, 항해, 측량, 시간 측정 등 다양한 분야에서 성반의 1,000가지 이상의 다른 용도를 설명했다.[18][19] 12세기에는 샤라프 알-딘 알-투시가 "알-투시의 지팡이"라고 불리는 ''선형 성반''을 발명했다.[21] 기어식 기계 성반은 1235년 이스파한의 아비 바크르가 발명했다.[22] 구형 성반은 이슬람 세계의 천문학자와 발명가들이 중세 시대에 발명한 성반과 천구의의 변형이었다.
|thumb|left|히즈라력 885년(1480-81년)의 기록이 있는 구형 아스트롤라베(옥스퍼드 과학사 박물관 Museum of the History of Science, Oxford 소장)]]
2. 3. 중세 유럽
12세기 이슬람이 이베리아반도를 점령하면서 성반은 이슬람 세계에서 유럽 세계로 전해졌다.[15][16] 11세기부터 유럽에서 성반을 볼 수 있었지만, 13-14세기가 될 때까지 널리 사용이 퍼지지 않았다.[15][16] 13세기에 들어서 유럽인들은 성반을 자신들과 알맞게 변형시키기 시작했는데, 성반 원판에 점성술에 관한 정보를 추가시키고 이슬람식의 시간간격을 편집, 유럽에 맞게 시간 간격을 새로 새겨 넣었다. 이슬람 사람들이 사용했던 기도와 관련된 정보는 유럽인들에게는 필요 없어졌기 때문에 삭제되었다.천문학을 하는 사람이라면 기본적으로 성반의 사용법에 대해 알아야 했을 정도로 성반은 15,16세기 유럽에서 가장 널리 사용되는 천문도구가 되었다.[15][16] 영어로 된 최초의 성반 설명서는 영국의 제프리 초서가 1391년 그의 아들에게 설명해주기 위한 설명서인 ''성반에 관한 논문''였다.[28][29] 비록 아들을 위한 설명서였으나 상당히 높은 수준의 천문학적 지식이 요구되는 어려운 설명서였다.
15세기에 성반 제조업은 독일과 몇몇 지방에서만 활성화되었지만 17세기부터는 많은 지역에서 만들어졌다. 하지만 성반의 제조는 매우 정교해 전문성을 요구하는 작업인 것은 분명했기 때문에 수많은 성반이 단 몇 명에 의해 만들어지는 경우가 많았다. 이 때 개성 깊은 몇몇 장인들에 의해서 다양한 형태의 성반이 만들어졌다. 금속 성반은 이 시기에 만들어졌지만 비싸서 오직 고위계층 사람들만 사용할 수 있었다. 대신 인쇄술의 발달에 의해 종이재질로 만들어진 성반이 많은 사람들에 의해 보급되었다.
2. 4. 근세
17세기 중엽 이후 추 시계의 발명으로 더 정확한 시계가 등장하고, 망원경과 같은 획기적인 발명품들이 사용 가능해지면서 성반의 사용은 점차 감소했다. 현재는 교육적인 용도나 호기심, 재미로 사용된다.기계식 천문 시계는 초기에는 천문도의 영향을 받았다. 여러 면에서 시계 장치 천문도로 볼 수 있으며, 태양, 별, 행성의 현재 위치를 지속적으로 표시하도록 설계되었다. 월링퍼드의 리처드의 시계()는 천문도와 유사하게 고정된 망 뒤에서 회전하는 별 지도로 구성되었다.
프라하 천문 시계와 같이 황도면의 입체 투영법을 채택하여 천문도 스타일의 디스플레이를 사용하는 천문 시계도 있다. 최근에는 천문도 시계가 인기를 얻고 있는데, 스위스 시계 제작자 루드비히 외슐린은 1985년 율리스 나르덴(Ulysse Nardin)과 함께 천문도 손목시계를 설계하고 제작했다.[35] 네덜란드 시계 제작자 크리스티안 판 데어 클라우우도 현재 천문도 시계를 제조한다.[36]
2. 5. 동아시아
혼개통헌(渾蓋通憲)이라는 이름으로 성반이 동아시아에 전래된 것은 17세기 유럽의 예수회 선교사들을 통해서였다. 조선 시대 실학자 유금은 서울의 위도(북극출지삼팔도)가 새겨진 성반을 제작했는데, 이는 18세기 동아시아에서 제작된 유일한 성반으로 학계에 보고되었다.3. 종류 및 유사 기구
3. 1. 항해용 성반
항해용 성반은 배의 흔들림이 관측에 큰 영향을 줄 수 있어 15세기에 특화되어 제작되었다. 위도 측정을 위해 각이 그려진 원판은 쇠로 매우 무겁게 만들어졌다. 이는 무거운 몸체가 바람이나 흔들리는 선체에 영향을 받지 않게 하기 위함이었다. 항해용 성반으로 태양의 남중고도나 별의 고도를 측정해 위도를 알 수 있다.3. 2. 사분의
사분의는 성반에 새겨진 각도, 단위환산, 황도, 위도, 천구도 등의 방대한 정보를 가장 간편한 사분원에 축약해 담아놓은 것을 말한다. 이것은 복잡한 성반의 사용방법을 나누어 단순화 시켰으며, 이것의 발명으로 관측할 때의 장비의 휴대가 더 편리해졌다.
3. 3. 범용 성반
기존의 성반은 평사도법을 하나의 평면에 대해서만 적용했다. 따라서 다양한 위도에서 측정하기 위해선 특정 별의 좌표가 겹칠 수 있기 때문에 그때마다 각각 다른 원판이 필요했다. 많은 원판을 가지고 다녀야 했기 때문에 항해, 측량과 같은 작업을 수행할 때 휴대성이 떨어지는 단점이 있었다. 범용 성반은 이러한 문제를 해결하기 위해 기존에 있던 평사도법을 한 번 더 사용했다. 구형의 지구를 적도를 기준으로 세로로 측면에서 투영시킨 자료를 새겨 넣었다. 즉, 두 개 이상의 평면에 대해 투영된 자료가 있게 되어, 하나의 위치에서의 천구만이 아니라 지구가 만나는 모든 천구 위의 별들을 나타낼 수 있게 되었다.3. 4. 혼천의
혼천의는 휴대용 관측 기구가 아니라 고정된 천문 관측 기구로, 별의 고도, 시간 등을 측정하는 데 사용되었다. 구형이며 크기가 커서 더 정교한 관측이 가능했던 것으로 보인다. 일반 성반과는 다르게 동아시아에서 주로 연구되었다.3. 5. 선형 성반
12세기 이슬람에서 발명한 기구로 간단한 나무 막대기에 눈금이 매겨져 있고 두 개의 실이 끝에서 고정된다. 서로 실의 길이를 조절해가면서 각을 측정해 고도와 높이를 알 수 있다.4. 구조
성반은 크게 고정된 부분과 자유롭게 회전하는 부분으로 나뉘어 있다. 고정된 부분의 원형 틀을 마테르(Mater)라고 하며, 한 개 이상의 판(Plates, tympans, climates)을 고정하는 역할을 한다.[37] 이 판에는 특정 지방의 위도에서 보이는 하늘을 기준으로 평사도법을 따라 방위각과 고도를 나타내는 원들이 새겨져 있다.[37] 마테르의 가장자리에는 시각 또는 각도를 나타내는 눈금이 새겨져 있다.[37]
마테르와 판 위에는 자유롭게 회전이 가능한 레테(Rete)라는 틀이 장착되어 있다. 레테에는 밝은 별들의 위치를 나타내는 지성침(指星針)들과 황도의 위치가 나타나 있다.[37] 지성침은 단순한 점 모양뿐만 아니라 별, 뱀, 손, 개의 머리, 잎 모양 등 정교하고 예술적인 형태로 제작되기도 한다.[37] 레테에 표시된 별의 이름은 주로 아랍어나 라틴어로 새겨져 있다.[38] 일부 성반에는 레테 위에 회전 가능한 자가 달려있는데, 자 위에는 적위를 나타내는 눈금이 새겨져 있다. 레테는 성도 역할을 하며, 레테를 회전하면 별과 황도가 판의 좌표 투영 위를 이동하여 하루의 경과를 나타낸다. 이는 성반이 현대 플라니스피어의 전신임을 보여준다.
마테르의 뒷면에는 성반의 기능에 필요한 자와 눈금들이 새겨져 있다. 모든 성반에는 각도기와 태양의 경도를 측정하는 장치가 포함되어 있었으며, 거의 모든 유럽의 성반과 많은 이슬람의 성반에는 삼각함수 식을 이용해 물체의 고도를 측정하는 섀도우 스퀘어가 있었다.[39][40] 이슬람 성반에는 키블라를 찾는 장치나 기도 시간을 계산하는 장치가 포함되기도 했다. 뒷면에는 조준의(alidade)가 장착되어 있어, 성반을 수직으로 들고 조준의를 이용해 태양이나 별의 고도를 정확하게 읽을 수 있었다. '별(astron, ἄστρον)의 고도를 가져온다(lab, λαβ-)'라는 성반(astrolabe)의 어원도 여기서 비롯되었다.[37]
성반의 제작자는 뒷면에 서명을 새겼으며, 후원자가 있는 경우 앞면에 후원자의 이름이나 통치 술탄, 천문학자의 스승 이름이 새겨지기도 했다.[41] 제작 날짜도 종종 서명되었는데, 이를 통해 성반이 세계에서 두 번째로 오래된 과학 기기임을 확인할 수 있다.[41]
4. 1. 마테르 (Mater)
4. 2. 판 (Plates, tympans, climates)
판(plate)은 천구를 평사도법으로 투영시켜 평면에 나타낸 것으로, 특정 위도에서 보이는 하늘을 나타낸다. 관찰자는 판을 이용하여 특정 위치에서 천체의 위치를 찾을 수 있다. 판 위의 투영된 원들은 천구의 고도와 방위각을 나타내며, 두 개의 직선은 방향을 나타낸다. 성반의 윗쪽이 남쪽 하늘이 된다.중앙의 동심원들은 회귀선을 나타내는데, 판의 둘레를 따라 있는 큰 원은 남회귀선, 중간의 원은 북회귀선을 나타낸다. 황도는 항상 남회귀선과 북회귀선 사이에 위치한다. 방위각과 고도를 나타내는 선들로 이루어진 그물이 잘리는 아래쪽의 선은 지평선을 나타내며, 레테 위의 별이 지평선 아래에 있을 경우에는 별이 실제로 보이지 않는 상태임을 의미한다. 방위각을 나타내는 선들의 교차점은 천정을 나타낸다.
판은 특정 위도에서의 천구의 모습을 나타내므로, 다른 위도에서 사용하려면 해당 위도에 맞는 판으로 교체해야 한다. 마테르 위에는 측정을 위해 매달 수 있는 고리나 섀클이 부착되어 있다.
템파넘의 세 개의 동심원은 일년 동안의 동지와 춘분의 정확한 시점을 결정하는 데 유용하다. ''레테''에서 정오에 태양의 고도가 알려져 템파넘의 바깥 원(남회귀선)과 일치하면 동지를 나타내며, 고도가 안쪽 원(북회귀선)과 일치하면 하지를, 고도가 중간 원(적도)에 있으면 두 춘분 중 하나에 해당한다.
지평선을 천구 적도면에 투영하면, 심판의 중심에 상대적으로 위쪽으로 이동된 타원으로 변환된다. 이는 천구의 일부가 심판의 바깥 원(천구의 남회귀선의 투영) 바깥으로 떨어져 표현되지 않음을 의미한다. 알무칸타르까지 원을 그리고 천구 적도면에 투영하면, 연속적인 타원 그리드가 구성되어, 별의 ''rete''가 설계된 심판과 겹칠 때 별의 고도를 결정할 수 있다.
천구 자오선을 투영하면 천문도의 수직축과 겹치는 직선이 되며, 여기서 천정과 천저가 위치한다. 천구를 동일한 부문으로 나누는 연속적인 자오선을 투영하면 천정 투영을 통과하는 일련의 곡선이 얻어진다. 이 곡선은 주요 별을 포함하는 ''레테'' 위에 겹쳐지면 특정 시간대에 회전된 ''레테''에 위치한 별의 방위각을 결정할 수 있다.
4. 3. 레테 (Rete)
레테는 라틴어로 '그물'을 뜻하며, 회전하며 하늘에서의 천체의 운동을 묘사한다. 레테는 크게 지성침(指星針)들과 평사도법으로 표현된 황도 두 부분으로 나눌 수 있다. 지성침들은 밤하늘의 밝은 별들의 위치를 평사도법으로 나타내며, 단순한 것부터 정교한 덩굴이나 동물의 형태까지 다양했다. 간단한 성반은 약 10개, 복잡한 것은 50개가 넘는 지성침이 있다.
레테의 황도는 하지의 남회귀선, 동지의 북회귀선과 맞닿아 있다. 고대에는 황도를 지구에서 보았을 때 태양이 지나는 경로로 정의했는데, 황도는 1년에 정확히 한 바퀴를 회전했다. 1년 중의 한 날짜를 알면 그 날의 황도에서의 태양의 위치를 알 수 있으며, 황도 위에서 태양의 위치는 경도로 나타낸다.
고대에는 황도를 황도십이궁을 따라 30도씩 구분했다. 태양의 황도 위에서의 위치(경도)를 성반의 뒷면을 이용해 잰 후, 자와 황도가 교차하는 곳이 현재의 태양의 위치가 되도록 자를 회전시킨 후, 레테와 자를 한꺼번에 회전시켜서 시간을 구했다.
4. 4. 자 (rule)
4. 5. 뒷면
성반의 뒷면에는 특정 날짜의 태양의 경도를 계산할 수 있는 눈금과 조준의(alidade), 그리고 천체의 고도를 측정하는 데 쓰이는 눈금이 있다.가장 자주 쓰이는 성반의 기능은 천체의 고도를 통해 시각을 측정하는 것이다. 먼저 천체의 고도를 측정하기 위해 성반의 윗부분을 손에 매단 채로 천체를 향한다. 성반을 눈 높이로 든 후, 조준의를 회전시켜서 조준의 사이로 천체가 보이도록, 즉 조준의가 정확히 천체를 향하도록 만든다. 마지막으로 조준의의 각도를 성반의 가장자리에 난 눈금을 이용해 읽는다.
레테를 특정한 시각에 맞추기 위해서는 태양의 경도를 알아야 한다. 성반의 뒷면에는 연중 특정 날짜의 태양의 경도를 찾을 수 있는 눈금이 있다. 날짜에 따라 태양의 경도가 변하는 정도는 1년 중 조금씩 달라지는데, 달력의 눈금을 프톨레마이오스의 우주관에 따라 타원형으로 설정하거나 눈금의 날짜별 간격을 달리하여 이를 해결하였다.
섀도우 스퀘어는 거리, 높이와 같은 것들을 간단히 계산하는 데 쓰인다. 탑과 같은 관찰 대상을 조준의로 측정한 후, 높이나 거리의 비를 섀도우 스퀘어를 이용해 읽는다.
성반의 뒷면에는 제작 시기와 장소에 따라 다양한 많은 기능들을 포함한 눈금들이 있다. 어떤 이슬람의 성반은 키블라나 기도 시간을 삼각함수를 이용해 계산할 수 있었다. 유럽의 성반은 이런 기능이 필요가 없었는데, 아무런 부가 기능이 없던 성반도 있었다.
4. 6. 조준의 (alidade)
5. 평사도법
성반의 판은 천구를 평면에 평사도법(stereographic projection)으로 투영시켜 나타낸다. 평사도법은 천구 위의 한 점과 천구의 남극을 지나는 직선과 천구의 적도를 지나는 가상의 평면이 만나는 점을 평면 위에 나타낸 것이다.[42]
평사도법은 천문학에 유용한 두 가지 특징을 가진다.[42]
1. 천구 위의 원을 투영시킨 경우 평면에서도 원의 형태를 유지한다.[42]
2. 천구 위의 각도를 투영시킨 경우 평면에서도 각도를 유지한다.[42]
천구에서의 측정은 대부분 원과 각도를 통해 다루어지므로, 평사도법은 성반에 적합한 방식이라고 할 수 있다.[42]
성반의 제작과 설계는 천구의 스테레오 투영법 적용을 기반으로 하며, 투영이 이루어지는 지점은 보통 남극이고, 투영이 이루어지는 평면은 적도이다.[42]
팀파눔은 ''레테''가 회전할 천구 좌표축을 담고 있다. 이것은 특정 시간의 날과 년에 별의 위치를 정확하게 결정할 수 있게 해주는 구성 요소이다.
위 이미지에서 볼수 있듯이, 파란색 구는 천구를, 파란색 화살표는 진북 방향(북극성)을, 중앙 파란색 점은 지구(관찰자의 위치)를, 검은색은 천구의 지리적 남극 (투영 극)을, 그리고 회색은 천구 적도면(투영면)을 나타낸다. 세 개의 평행원은 지구의 주요 위선의 천구 투영을 보여주는데, 주황색은 천구의 북회귀선, 보라색은 천구의 적도, 녹색은 천구의 남회귀선을 의미한다.
천구 적도면에 투영할 때, 세 개의 동심원은 천구의 세 위선에 해당한다. 이 중 가장 큰 것, 즉 천구 남회귀선의 천구 적도면에 대한 투영은 아스트롤라베의 템파넘의 크기를 정의한다. 템파넘의 중심(그리고 세 원의 중심)은 실제로 지구가 회전하는 남북 축이며, 따라서 아스트롤라베의 ''레테''는 하루의 시간이 지나감에 따라(지구 자전 운동) 이 점을 중심으로 회전한다.
템파넘의 세 개의 동심원은 일년 동안의 동지와 춘분의 정확한 시점을 결정하는 데 유용하다. ''레테''에서 정오에 태양의 고도가 알려져 템파넘의 바깥 원(남회귀선)과 일치하면 동지를 나타낸다(태양은 남회귀선에 있는 관찰자에게 천정에 있을 것이며, 이는 남반구의 여름과 북반구의 겨울을 의미한다). 반면에 고도가 안쪽 원(북회귀선)과 일치하면 하지를 나타낸다. 고도가 중간 원(적도)에 있으면 두 춘분 중 하나에 해당한다.
위 그림에서 파란색 화살표는 진북(북극성) 방향을, 중앙의 파란색 점은 지구(관측자의 위치)를, 검은색 화살표는 관측자의 천정 방향(관측자의 위도에 따라 달라짐)을, 검은색 원은 관측자를 둘러싼 지평선을, 검은색은 천구의 지리적 남쪽(투영 극)을, 그리고 회색은 천구 적도면 (투영 평면)을 나타낸다.
지평선을 천구 적도면에 투영하면, 심판의 중심(관측자와 남북 축의 투영 모두)에 상대적으로 위쪽으로 이동된 타원으로 변환된다. 이는 천구의 일부가 심판의 바깥 원(천구의 남회귀선의 투영) 바깥으로 떨어져 표현되지 않음을 의미한다.
지평선과 평행하게 천정(알무칸타르)까지 원을 그리고 천구 적도면에 투영하면, 연속적인 타원 그리드가 구성되어, 별의 ''rete''가 설계된 심판과 겹칠 때 별의 고도를 결정할 수 있다.
|thumb|upright=2.8|천구의 수직선과 천구의 40° E 자오선의 천문도 원반에 대한 입체 투영]]
위 이미지에서 파란색 화살표는 진북 방향 (북극성)을, 중앙 파란색 점은 지구 (관측자의 위치)를, 검은색 화살표는 관측자의 천정 방향 (관측자의 위도에 따라 달라짐)을, 검은색 원은 관측자를 둘러싼 지평선을, 빨간색 점은 천정, 천저 등, 주황색 원은 천구 자오선을, 빨간색 원은 관측자의 지평선을 기준으로 동쪽으로 40°의 방위각을 갖는 보조 자오선, 검은색은 천구의 지리적 남쪽(투영 극)을, 그리고 회색은 천구 적도면 (투영 평면)을 나타낸다.
천구 자오선을 투영하면 천문도의 수직축과 겹치는 직선이 되며, 여기서 천정과 천저가 위치한다. 그러나 40° E 자오선을 투영하면 천정과 천저 투영을 모두 통과하는 다른 원이 얻어진다. 천구 자오선의 투영은 무한 반지름(직선)을 가진 원으로 간주될 수 있다.
천구를 동일한 부문으로 나누는 연속적인 자오선을 투영하면 천정 투영을 통과하는 일련의 곡선이 얻어진다. 이 곡선은 주요 별을 포함하는 ''레테'' 위에 겹쳐지면 특정 시간대에 회전된 ''레테''에 위치한 별의 방위각을 결정할 수 있다.
6. 응용 분야
10세기 천문학자 아브드 알-라흐만 알-수피는 아스트롤라베에 관한 386개의 방대한 장으로 구성된 텍스트를 저술했는데, 이 텍스트는 아스트롤라베의 다양한 기능에 대한 1,000개 이상의 응용 분야를 설명한 것으로 알려져 있다.[2] 이것들은 점성술, 천문학, 종교, 항해, 계절별 및 일일 시간 측정, 조수 표에 이르기까지 다양했다. 당시에는 점성술이 천문학만큼이나 진지한 과학으로 널리 여겨졌고, 두 분야의 연구가 함께 이루어졌다. 천문학적 관심은 천체 및 계절 관측과 관련된 아라비아의 이슬람 이전 전통인 민속 천문학과, 천문 관측을 기반으로 지적 실천과 정확한 계산에 정보를 제공하는 수학 천문학 사이에서 다양했다. 아스트롤라베의 종교적 기능과 관련하여, 이슬람 기도 시간의 요구 사항은 매일 정확한 시간을 보장하기 위해 천문학적으로 결정되어야 했고, 무슬림이 기도해야 하는 메카의 방향인 키블라도 이 장치로 결정할 수 있었다. 이 외에도 아스트롤라베의 계산에 의해 제공된 음력은 라마단과 같은 중요한 종교적 관습의 날짜를 결정한다는 점에서 이슬람교에 매우 중요했다.
7. 현대적 의의 및 활용
현대 과학 기술의 발전으로 성반의 실용적 중요성은 감소했지만, 여전히 교육, 역사 연구, 예술 작품 등에서 그 가치를 인정받고 있다. 교육적 측면에서 성반은 천문학의 기본 원리를 시각적으로 이해하고, 과거 천문학자들의 사고방식을 체험할 수 있는 훌륭한 도구이다. 역사 연구 분야에서는 성반의 제작 기법, 재료, 새겨진 정보 등을 통해 당시의 과학 기술 수준, 문화 교류 양상 등을 파악할 수 있다.
예술 작품으로서 성반은 정교한 디자인과 장식을 통해 당대 장인들의 예술적 감각을 보여주는 귀중한 유물이다. 기계식 천문 시계는 초기 월링퍼드의 리처드의 시계()처럼 천문도의 영향을 받았으며, 여러 면에서 시계 장치 천문도로 볼 수 있다. 이들은 태양, 별, 행성의 현재 위치를 지속적으로 표시하도록 설계되었다.[35] 프라하 천문 시계와 같은 천문도 스타일의 디스플레이를 사용하는 경우도 많다. 최근에는 루드비히 외슐린이 율리스 나르덴(Ulysse Nardin)과 함께 제작한 천문도 손목시계(1985년)나,[35] 네덜란드 시계 제작자 크리스티안 판 데어 클라우우의 천문도 시계처럼[36] 천문도 시계가 인기를 얻고 있다.
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