사모스의 아리스타르코스

1. 개요

사모스의 아리스타르코스는 고대 그리스의 천문학자이자 수학자로, 태양 중심설을 주장하고 달과 태양의 크기 및 거리를 연구했다. 그는 지구가 태양 주위를 공전한다는 주장을 펼쳤으나, 당시에는 널리 받아들여지지 않았다. 아리스타르코스는 또한 월식을 통해 달과 지구의 크기 관계를 추정하고, 상현달 또는 하현달일 때의 각도를 이용하여 태양과 달의 거리 비례를 계산하려 했다. 그의 업적은 코페르니쿠스, 케플러, 뉴턴 등 후대 과학자들에게 영향을 미쳤으며, 달의 크레이터, 소행성, 망원경 등에 그의 이름이 붙여졌다.

2. 학설

아리스타르코스의 학설은 크게 태양중심설과 달 및 태양의 크기와 거리에 대한 연구로 나눌 수 있다.

아리스타르코스는 태양이 지구와 다른 행성들보다 훨씬 크다는 것을 깨달은 후, 행성들이 태양 주위를 공전한다고 결론지었다. 플리니우스는 자신의 저서 《자연사》에서 하늘에 대한 예측의 오류가 지구가 중심 위치에서 이동했기 때문인지 의문을 제기했다. 플리니우스와 세네카는 일부 행성의 역행 운동이 겉보기 현상이라고 언급했는데, 이는 지구중심설보다 태양 중심설을 암시한다. 그러나 항성 시차는 관측되지 않았고, 플라톤, 아리스토텔레스, 프톨레마이오스는 중세 전반에 걸쳐 믿어졌던 지구 중심 모델을 선호했다.

코페르니쿠스는 태양 중심 이론을 부활시켰고, 그 후 요하네스 케플러는 그의 세 가지 법칙으로 행성 운동을 더욱 정확하게 설명했다. 아이작 뉴턴은 나중에 만유인력과 역학 법칙을 기반으로 이론적 설명을 제시했다.

아리스타르코스에게 기인하는 유일하게 알려진 저서인 태양과 달의 크기와 거리에 관하여는 천동설적 세계관을 기반으로 한다. 하지만 아르키메데스의 저서인 모래알 계산법등 기록에 남아 있는 인용구를 통해 아리스타르코스가 이에 대한 대안으로 태양 중심설 가설을 제시한 또 다른 저서를 집필했음이 드러나고 있다. 파포스의 논문집 「소천문학」에 수록되어 있으며, 10세기경 아랍어로 번역되었고, 15세기경 라틴어 번역본이 출판되었다. 그리스어 원본은 1700년경 출판되었고, 1800년경 프랑스어 및 독일어 번역본이 출판되었다.

2.1. 태양 중심설

아르키메데스는 자신의 저서 Ψαμμίτης^그리스어에서 아리스타르코스가 지구중심설에 대한 대안으로 태양중심설을 제시한 책을 썼다고 언급했다. 아르키메데스는 다음과 같이 적었다.

아리스타르코스는 별들이 매우 멀리 떨어져 있기 때문에 시차가 관측되지 않는다고 생각했다. 이는 당시 기술로는 증명할 수 없었지만, 그의 추론은 옳았다. 항성 시차는 망원경으로만 관측할 수 있다.

아리스타르코스 시대 사람들이 태양 중심설을 신성모독으로 여겼다는 것은 오해이다. 루치오 루소는 질 메나주가 플루타르코스의 Περί του εμφαινομένου προσώπου τω κύκλω της σελήνης^그리스어에서 발췌한 구절을 잘못 해석했기 때문이라고 주장한다. 해당 구절에서 아리스타르코스는 스토아학파의 수장이자 태양 숭배자이며 태양 중심설에 반대하는 클레안테스와 농담을 주고받는다. 플루타르코스의 원본에는 아리스타르코스가 클레안테스를 불경죄로 고발해야 한다고 적혀있다. 그러나 갈릴레오와 조르다노 브루노의 재판 직후 출판된 메나주의 판본에서는 주격과 목적격이 바뀌어 아리스타르코스가 불경스러운 인물로 묘사되었다. 이 때문에 아리스타르코스가 고립되고 박해받았다는 오해가 퍼지게 되었다.

플루타르코스에 따르면, 아리스타르코스는 태양 중심설을 가설로 제시했지만, 1세기 후의 헬레니즘 천문학자 셀레우코스는 이를 증명했다고 한다. 하지만 그 증명에 대한 완전한 기록은 남아있지 않다.

2.2. 달과 태양의 크기 및 거리

아리스타르코스의 유일하게 알려진 저서인 태양과 달의 크기와 거리에 관하여는 천동설적 세계관을 기반으로 한다. 이 저서에는 태양의 지름이 차지하는 각도가 2도라고 기록되어 있지만, 아르키메데스는 모래알 계산에서 아리스타르코스가 0.5도의 값을 사용했다고 명시하고 있는데, 이는 실제 평균값인 32분(0.53도)에 더 가깝다.

아리스타르코스는 상현 또는 하현달일 때 태양과 달 사이의 각도가 87°라고 주장했다. 달의 종점의 직선성으로부터의 편차를 1도의 정확도로 측정하는 것은 맨눈으로는 불가능하기 때문에(맨눈의 정확도는 약 3분), 그는 87°를 하한선으로 제시했을 가능성이 있다.

정확한 기하학을 사용했지만, 정확도가 부족한 87°의 기준점을 사용하여 아리스타르코스는 태양이 지구로부터 달보다 18~20배 더 멀리 떨어져 있다고 결론지었다. 실제로는 이 각도는 약 89° 50'에 가깝고, 태양의 거리는 달 거리의 약 400배이다. 아리스타르코스는 달과 태양의 겉보기 각 크기가 거의 같으므로, 지름은 지구로부터의 거리에 비례해야 한다고 지적했다.

《태양과 달의 크기와 거리에 관하여》에서 아리스타르코스는 월식을 관측하여 다음과 같은 정보를 얻었다.

* 지구 그림자가 달을 완전히 덮는 데 걸린 시간과 달이 그림자 안에 머무른 시간으로 그림자의 각반지름을 추정.
* 완전하고 중심이 아닌 월식에서 그림자의 지름이 달 지름의 두 배라는 것을 발견.
* 그림자의 길이가 지구에서 달까지 거리의 약 2.4배에 달한다고 추정.

이러한 계산과 지구-태양 거리, 지구-달 거리의 비율(18~20배)을 사용하여, 아리스타르코스는 달의 지름이 지구 지름의 약 1/3이고, 태양의 크기는 달보다 약 19배 더 크며, 지구 지름의 약 6배에 달한다고 계산했다.

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아리스타르코스는 월식 때 달이 지구의 그림자를 통과하는 모습을 관측하여 지구 지름이 달 지름의 약 3배라고 추정했다. 에라토스테네스가 측정한 지구 둘레(약 4만 2천 km)를 바탕으로 달의 둘레를 약 1만 4천 km라고 결론지었는데, 실제 달의 둘레는 약 1만 916km이다.

아리스타르코스는 달이 상현달 또는 하현달일 때 태양, 달, 지구가 거의 직각삼각형을 이룬다고 보았다. 이때 지구에서 본 달과 태양의 이각을 약 87도로 추정하여, 태양이 달보다 약 20배 더 멀리 있다고 계산했다. 실제로는 달의 이각은 약 89도 50분이며, 태양은 달보다 약 390배 더 멀리 있다. 아리스타르코스의 기하학은 정확했지만, 관측한 이각의 값이 부정확했다.

달과 태양의 겉보기 시직경이 거의 같다는 점으로부터, 아리스타르코스는 두 천체의 실제 지름이 지구로부터의 거리에 비례한다고 보았다. 그는 태양이 달보다 20배 크다는 결론을 내렸는데, 이는 태양이 지구보다 훨씬 크다는 것을 의미하며, 태양 중심설을 지지하는 근거가 될 수 있었다.

3. 유산

달의 크레이터 아리스타르쿠스, 소행성 3999 아리스타르쿠스, 망원경 아리스타르코스는 그의 이름을 따서 명명되었다.