혼천의
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1. 개요
혼천의는 천구의 주요 구성 요소를 나타내는 여러 개의 동심원 고리로 이루어진 천문 관측 기구이다. 고대 그리스에서 시작되어 중국, 이슬람 세계, 유럽을 거쳐 조선에 이르기까지 다양한 문화권에서 발전했다. 혼천의는 천체의 움직임을 설명하고 교육하는 데 사용되었으며, 특히 17세기 망원경 발명 이전에는 천문학 연구에 중요한 도구였다. 또한, 포르투갈 국기 등에서 항해와 지혜를 상징하는 문양으로 활용되기도 했으며, 조선 시대에는 송이영에 의해 시계 장치가 결합된 혼천시계로 제작되기도 했다.
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혼천의 | |
---|---|
개요 | |
![]() | |
유형 | 천문 기구 |
용도 | 천체의 위치 측정, 천구의 시각적 표현 |
관련 개념 | 천구, 천문학, 좌표계 |
정의 및 역사 | |
정의 | 고리들의 틀로 이루어진 천구 모형 |
기원 | 고대 그리스 |
주요 인물 | 에라토스테네스 히파르코스 프톨레마이오스 |
발전 | 이슬람 세계를 거쳐 유럽으로 전파 르네상스 시대에 정교한 형태로 발전 |
구조 및 기능 | |
주요 구성 요소 | 자오환 적도환 백도환 지평환 시차환 해시환 |
작동 원리 | 고리들을 회전시켜 천체의 위치를 나타냄 천구의 좌표계를 시각적으로 표현 |
활용 | |
천문학 | 천체의 위치 측정 천구의 이해 |
교육 | 천문학 교육 자료 |
상징 | 과학 지식 탐험 |
기타 | |
관련 용어 | 천구의 혼천의 아스트롤라베 |
참고 문헌 | Huggins, Margaret Lindsay (1911). "Armilla". Encyclopædia Britannica. 2 (11th ed.). pp. 575–576. |
2. 구조
혼천의는 여러 개의 동심원 고리로 구성되어 있으며, 각 고리는 천구의 주요 구성 요소를 나타낸다. 바깥쪽 고리는 놋쇠로 만들어졌으며, 안쪽에는 지구본이 축에 고정되어 있다. 이러한 구조를 통해 지구의 실제 움직임과 천체의 겉보기 움직임을 모두 표현할 수 있다.[2]
혼천의의 주요 구성 요소와 작동 원리에 대한 자세한 내용은 #주요 구성 요소 및 #작동 원리 하위 섹션을 참조하면 된다.
2. 1. 주요 구성 요소

혼천의는 여러 개의 고리와 중심의 지구 모형으로 구성되어 있다. 주요 구성 요소는 다음과 같다.[2]
고리 | 설명 |
---|---|
적도 (A) | 태양의 적경을 나타내며, 360도 (춘분점인 양자리와의 교차점에서 시작)와 24시간으로 나뉜다. |
황도 (B) | 12궁으로 나뉘며, 각 궁은 30도로 나뉜다. 또한 월과 일로 나뉘어 특정 날짜에 태양이 위치하는 황도의 점을 표시한다. |
북회귀선 (C) | 게자리의 시작 부분(e)에서 황도와 접한다. |
남회귀선 (D) | 염소자리의 시작 부분(f)에서 황도와 접한다. |
북극권 (E) | 천구의 북극(N)에서 23.5도 떨어져 있다. |
남극권 (F) | 천구의 남극(S)에서 23.5도 떨어져 있다. |
춘분권 (G) | 천구의 북극과 남극(N, S)을 통과하고, 황도의 양자리와 천칭자리의 춘분점을 통과한다. |
하지권 (H) | 천구의 극을 통과하고, 황도의 게자리와 염소자리의 지점을 통과한다. 적도권의 각 사분면은 태양, 달, 별의 적위를 보여주기 위해 적도에서 극까지 90도로 나뉘고, 하지권의 각 사분면은 황도(e, f)에서 극(b, d)까지 별의 위도를 보여주기 위해 나뉜다. |
- 기타 구성 요소:
- 황도의 북극에는 사분원 와이어의 한쪽 끝이 고정된 너트 ''b''가 있고, 다른 쪽 끝에는 작은 태양 ''Y''가 있어 너트를 돌리면 황도 ''B''-''B'' 주위를 움직인다.
- 황도의 남극에는 또 다른 사분원 와이어가 있는 핀 ''d''가 있는데, 그 위에 작은 달 ''Ζ''이 있어 손으로 움직일 수 있다.
- 지구본 ''I''는 ''n''과 ''s''에서 지구의 북극과 남극에서 천구의 북극과 남극인 ''N''과 ''S''까지 이어지는 축 ''K''에 고정되어 있다.
- 평평한 천구 자오선 ''L''은 지구본 축에 고정되어 있다.
- 이동식 지평선 ''M''은 지구본에 장착되어 회전한다.
- 구의 남극에는 고리에 고정된 25시간의 원이 있다. 축에는 지구본이 축을 중심으로 돌면 그 원을 따라 움직이는 지침이 있다.
2. 2. 작동 원리
혼천의는 놋쇠로 만들어진 고리들을 활용하여 천구의 주요 원들을 나타내는 구조물이다. 이 안에는 지구본이 축에 고정되어 있으며, 지구의 실제 움직임과 천체의 겉보기 움직임을 모두 표현할 수 있다.혼천의의 바깥쪽 고리들은 다음과 같은 천구의 원들을 나타낸다.
고리 | 설명 |
---|---|
A | 천구의 적도를 나타내며, 태양의 고도를 표현한다. |
B | 황도를 나타내며, 12등분되어 있고 각 부분은 30도로 세분되어 1년 중 날짜를 나타낸다. |
C | 북회귀선을 나타내며, 회귀선의 시점 e에서 황도와 접한다. |
D | 남회귀선을 나타내며, 회귀선의 시점 f에서 황도와 접한다. (C와 D는 각각 천구의 적도에서 23.5° 떨어져 있다.) |
E | 천구의 북극권을 나타낸다. |
F | 천구의 남극권을 나타낸다. (E와 F는 각각 천구의 북극, 남극에서 23.5° 떨어져 있다.) |
G | 춘분권을 나타내며, 천구의 북극과 남극, 그리고 황도상의 분점인 양자리와 천칭자리를 통과한다. |
H | 지점권을 나타내며, 천구의 북극과 남극, 그리고 황도상의 지점인 게자리와 염소자리를 통과한다. (G와 H는 적도에서 극까지 90도씩 분할되어 태양, 달, 별 등의 적위를 나타낸다.) |
혼천의는 고대 그리스와 중국에서 각각 독자적으로 발전했다.
북극 위치에는 태양(Y)과 연결된 와이어가 고정된 너트가 있다. 이 너트를 돌리면 태양이 황도(B)를 따라 움직인다. 남극 위치에는 달(Z)과 연결된 와이어가 고정된 핀이 있어, 손으로 움직여 달의 움직임을 표현할 수 있다.
혼천의 중심에는 작은 지구본(I)이 있는데, 천구의 북극(N)과 남극(S), 지구의 북극(n)과 남극(s)을 잇는 축(K)에 고정되어 있다.
이러한 장치들을 통해 지구의 실제 자전과 태양, 달의 겉보기 운동을 시연할 수 있다.[2]
3. 역사
고대 그리스에서는 히파르코스, 에라토스테네스 등이 혼천의를 사용했다는 기록이 있으며, 프톨레마이오스는 저서 《알마게스트》에 혼천의에 관한 기록을 남겼다.
중국에서는 기원전 1세기 한나라 시대부터 혼천의가 발전했다. 2세기 장형은 세계 최초로 혼천의에 동력을 도입했다. 이후 당나라의 이순풍은 천문 관측을 위한 혼천의를 만들었고, 송나라의 수송은 시계 장치와 결합된 혼천의를 제작했다.
이슬람 세계에서는 8세기부터 고대 그리스의 혼천의를 개량하여 발전시켰다. 페르시아의 파자리는 혼천의에 대한 논문을 저술했고, 안달루시아의 압바스 이븐 피르나스는 혼천의를 제작하여 칼리프에게 바쳤다.
르네상스 시대에 혼천의는 유럽에 널리 퍼졌으며, 지혜와 지식의 상징으로 여겨졌다. 덴마크의 천문학자 튀코 브라헤는 새로운 혼천의를 제작하기도 했다. 혼천의는 중심부에 지구가 있는 프톨레마이오스형 혼천의와 중심부에 태양이 있는 코페르니쿠스형 혼천의로 나뉜다.
조선에서는 1433년 (조선 세종 15년) 정초, 박연 등이 처음으로 혼천의를 제작했다. 1438년 (조선 세종 20년) 장영실은 흠경각에 혼천의를 설치했다. 1669년 (조선 현종 10년) 송이영은 시계 장치와 결합된 혼천시계를 제작했는데, 이는 조선 시대의 유일한 천문 시계이다. 국보 제230호 혼천시계(송이영 제작)는 고려대학교 박물관에 소장되어 있다.
3. 1. 고대
고대 그리스의 천문학자 히파르코스와 에라토스테네스는 혼천의와 관련된 기록을 남겼다. 히파르코스는 4개의 고리가 달린 혼천의를, 에라스토스테네스는 황도의 경사를 측정하는 과정에서 혼천의를 사용한 것으로 추정된다. 프톨레마이오스는 저서 《알마게스트》에 혼천의에 관한 기록을 남겼다.[1]
그리스 천문학자 히파르코스(기원전 190년경~기원전 120년경)는 에라토스테네스(기원전 276년~기원전 194년)를 천구의 발명가로 여겼다.[11][12][13][14][15] 이 장치의 그리스어 이름에는 ἀστρολάβοςgrc ''astrolabos''와 κρικωτὴ σφαῖραgrc ''krikōtē sphaira'' "고리 모양의 구체"가 포함된다.[16]
가장 단순한 형태의 혼천의는 적도면에 고정된 고리로 구성되어 있으며, 이는 가장 오래된 천문학적 기구 중 하나이다. 조금 더 발전된 형태에서는 자오선면에 고정된 또 다른 고리가 교차하는 형태를 띠었다. 춘분 고리와 지점 고리가 사용되었으며, 그림자는 각도 분할과 함께 태양의 위치를 나타내는 지표로 활용되었다. 하늘의 큰 원을 나타내는 여러 개의 고리 또는 원이 결합되었을 때, 이 기구는 천구의가 되었다.[1]
천구의는 헬레니즘 그리스인에 의해 개발되었으며, 기원전 3세기부터 이미 교육 도구로 사용되었다. 더 크고 정밀한 형태로는 관측 기구로도 활용되었다. 아홉 개의 원으로 완전히 발달된 천구의는 로마 제국 시대인 2세기 중반까지 존재하지 않았을 것으로 추정된다.[17] 에라토스테네스는 황도의 경사를 측정하기 위해 지점 고리를, 히파르코스는 네 개의 고리로 된 천구의를 사용했을 것으로 보인다.[17] 그리스-로마 지리학자이자 천문학자인 프톨레마이오스(서기 100년경~서기 170년경)는 그의 저서 ''알마게스트''에서 ''astrolabon''이라 불리는 기구에 대해 설명한다.[17] 이 기구는 적어도 세 개의 고리로 구성되었으며, 안쪽 고리가 미끄러질 수 있고 서로 마주 보는 두 개의 작은 관을 가지며 수직 추를 이용해 지지되는 형태였다.[1][17]
중국에서는 기원전 1세기 한나라 시대부터 혼천의가 발전했다. 특히 2세기의 천문학자였던 장형은 세계 최초로 혼천의에 동력을 도입한 인물로 알려져 있다.
중국 역사를 통틀어 천문학자들은 별 관측을 돕기 위해 '''천구의'''를 만들었다. 중국인들은 또한 천구의를 사용하여 역법 계산에 도움을 주었다.
조셉 니덤에 따르면, 중국에서 천구의가 최초로 개발된 것은 기원전 4세기 석신과 감덕 시대까지 거슬러 올라가는데, 그들은 원시적인 단일 고리 천구의 기구를 갖추고 있었다.[3] 이를 통해 그들은 북극거리(적위)를 측정할 수 있었는데, 이는 ''슈''(적경)에서의 위치를 나타내는 측정값이었다.[3] 그러나 니덤의 기원전 4세기 연대는 영국의 중국학자 크리스토퍼 컬렌에 의해 반박되었는데, 그는 이러한 기구의 시작을 기원전 1세기로 거슬러 올라간다.[4]
서한(기원전 202년~기원후 9년) 시대에는 낙하홍, 상우왕인, 갱수창 등의 천문학자들이 이룬 추가적인 발전으로 천구의의 초기 진화 단계에서의 사용이 발전되었다. 기원전 52년, 천문학자 갱수창은 천구의의 최초의 영구적으로 고정된 적도환을 도입했다.[3] 그 후 동한(23년~220년) 시대에는 복안과 가규가 기원후 84년 황도환을 추가했다.[3] 유명한 정치가이자 천문학자이자 발명가인 장형(78년~139년)은 기원후 125년 지평선과 자오선 고리를 추가하여 천구의를 완성했다.[3] 세계 최초의 수력 천구의는 장형이 만들었는데, 그는 유입식 물시계를 이용하여 천구의를 작동시켰다.
3. 2. 이슬람 세계
이슬람 세계는 8세기경부터 고대 그리스의 혼천의를 개량하면서 혼천의와 관련된 논문을 집필했다. 페르시아의 천문학자인 파자리는 《고리가 달린 도구》(Dhat al-Halaq)라는 제목의 논문을 통해 혼천의를 소개했다. 안달루시아의 천문학자인 압바스 이븐 피르나스는 천구의 고리가 달린 관측 기구를 제작하면서 칼리프였던 무함마드 1세에게 바쳤다. 혼천의와 아스트롤라베의 기능을 겸비한 도구는 중세 이슬람 세계의 천문학자들, 발명가들에 의해 제작되었다.[18]
3. 3. 유럽
르네상스 시대에 들어서면서 혼천의는 유럽에 널리 전파되었다. 르네상스 시대 과학자들의 초상화에는 한 손에 혼천의를 든 모습이 자주 등장했는데, 당시 유럽에서는 혼천의를 지혜와 지식의 상징으로 여겼다.[23] 혼천의는 기계 장치 중에서 가장 복잡한 형태를 띠고 있었기 때문에 수많은 개량 기술을 가져왔으며, 이후에 제작된 많은 기계 장치들의 디자인 모델이 되었다. 특히 덴마크의 천문학자인 튀코 브라헤는 새로 개량한 혼천의를 제작했다.
혼천의는 교육용 도구로 계속 사용되었는데, 중심부에 지구가 있는 혼천의는 프톨레마이오스형 혼천의, 중심부에 태양이 있는 혼천의는 코페르니쿠스형 혼천의라고 부른다.[1]
3. 4. 조선
조선에는 문헌상으로 1433년 6월 25일(조선 세종 15년 음력 6월 9일)에 정초, 박연, 김진 등이 제작한 것이 처음이다. 당시 세종과 세자는 간의대에 숙직을 하지 않을 정도로 관심을 기울이지 않았다. 하지만 1438년 2월 1일(조선 세종 20년 음력 1월 7일) 장영실에게 흠경각(欽敬閣)을 짓게하고, 이곳에 혼천의를 설치하였다. 하지만 이곳에 설치된 혼천의는 기기를 별도로 수동으로 작동하는 일 없이도 측정할 수 있는 그런 정밀한 기기가 아니었다.[35]
그 후 조선 선조 대를 거쳐 개량을 거듭하여 물레바퀴를 동력으로 하는 시계와 조선 인조 시대에 혼천시계로 발전되었다. 그러나 임진왜란과 병자호란을 통해 손상될 뻔했다.
1669년 조선 현종 시대에 이민철과 송이영이 함께 물의 힘으로 돌아가는 혼천시계를 만들었다. 1631년(조선 인조 9년) 정두원이 명나라에서 천리경과 자명종, 화포 등을 들여왔는데, 1669년(조선 현종 10년) 10월 14일 송이영은 톱니바퀴로 작동하는 시계와 종을 울려주는 자명 장치를 갖춘 혼천의를 만들었다. 이는 외국에는 있었지만 조선에는 없었던 것이다. 절기와 계절, 시간까지 알게 해주는 다목적 시계를 만들고자 했으나, 과학 기술 부족으로 해와 달의 움직임 정도만 알 수 있었다. 구조는 네모난 나무상자 안에 오른쪽 절반은 시계 장치, 왼쪽은 혼천의가 설치되어 있었다. 혼천의에는 눈금이 새겨진 둥근 지평환과 황환 3개, 받침대 등으로 구성되어 있다.[36] 이민철의 수동(水動)식 혼천시계와 송이영의 기계식 혼천시계는 경희궁에 설치되었으나, 이전의 혼천의처럼 대부분 소실되었다.
현재 고려대학교 박물관에 남아 있는 국보 제230호 혼천의는 1669년(현종 10년) 송이영에 의해 만들어진 혼천시계이며, 1930년 인촌 김성수가 구매하여 고려대학교에 기증한 것이다. 여주의 세종대왕릉에 있는 혼천의는 송이영의 혼천시계 중 혼천의 부분만 따로 2.5배 확대한 것이다.
퇴계 이황, 우암 송시열, 괴담 배상열, 담헌 홍대용의 혼천의가 현존하고 있다. 《서경》에서는 제순이 선기옥형(혼천의)을 만들어 해와 달, 오행성을 관찰한 기록이 있는데, 유학자들에게 일월오행성의 출몰 등 천문을 익히는 것은 학문의 기본이 되는 격물에 해당하는 것이었다. 퇴계 이황의 혼천의는 도산서원 옥진각에 전시되어 있고, 괴담 배상열의 혼천의는 한국국학진흥원 유교문화박물관에 전시되어 있다. 우암 송시열의 혼천의는 국립청주박물관에 보관되어 있는데, 그는 《서경》의 기형율려를 교육하기 위해 사용하였고, 당시 이민철이 제작했다고 밝혔다.[37]
1669년, 한국의 천문학자 송이영은 작동하는 시계 장치로 작동하는 혼천시계를 제작했다. 이것은 조선 시대에서 유일하게 남아있는 천문 시계이다. 혼천시계의 장치는 세종 시대의 혼의(渾儀, 1435)와 혼상(渾象, 1435), 그리고 자격루(玉漏, 1438)의 일구 장치를 계승한 것이다. 이러한 장치들은 최유지(崔攸之, 1603~1673)의 혼천의(1657)와 유사하다. 시계 부분의 시간 전달 장치와 타격 해제 장치는 14세기부터 발전된 크라운 이스케이프먼트의 영향을 받았으며, 17세기 중반까지 서양식 시계 장치에서 개량된 기어 시스템에 적용되었다. 특히 송이영의 혼천시계의 시간 측정 장치는 17세기 초의 추시계 시스템을 채택하여 시계의 정확도를 크게 향상시켰다.[22]
3. 5. 근대 이후
1669년(조선 현종 10년) 10월 14일 송이영(宋以穎)은 혼천의를 만들었다. 톱니바퀴로 작동하는 시계와 종을 울려주는 자명 장치는 외국에는 자명종으로 있었지만 조선에는 아직 없었다. 절기와 계절, 시간까지 알게 해주는 다목적 시계를 만들려 했지만, 과학 기술이 부족해서 해와 달이 움직이는 정도만 알 수 있었다.[36] 이민철의 수동(水動)식 혼천시계와 송이영의 기계식 혼천시계는 경희궁에 설치되었으나, 이전의 혼천의처럼 대부분 소실되었다.
현재 고려대학교 박물관에 남아 있는 국보 제230호 혼천의는 1669년(현종 10년) 송이영이 만든 혼천시계이며, 1930년 인촌 김성수가 구매하여 고려대학교에 기증한 것이다. 여주의 세종대왕릉에 있는 혼천의는 송이영의 혼천시계 중 혼천의 부분만 2.5배 확대한 것이다.
2009년 8월 18일 대전광역시 유성구에 있는 국립중앙과학관은 조선 현종 10년 1669년에 만들어진 혼천시계를 완전 복원하여 상설전시관에 전시하였다. 송이영이 만든 시계 장치는 1657년 네덜란드의 크리스티안 하위헌스가 발명한 세계 최초의 태엽장치 자명종의 원리를 이용했지만, 태엽장치 대신 추의 상하 운동에서 발생하는 에너지를 이용해 시계 바늘을 움직이도록 하여 타종하도록 고안되었다.[38] 원형은 고려대학교 박물관에 보관 중이며, 2004년 복원되어 서울과학전시관에 전시되었던 복원품을 보완해 새로 만든 것이다.
4. 문장학
포르투갈에서 항해와 관련된 중요한 상징으로 여겨진다. 15세기 말, 포르투갈의 마누엘 1세 국왕은 왕세자 시절부터 혼천의 문양이 그려진 왕실 문장을 사용했다.[1]
17세기에는 포르투갈의 식민지였던 브라질에서 혼천의 문양이 들어간 문장을 사용했다. 1815년에는 포르투갈 브라질 알가르브 연합왕국이 국기와 국장에 혼천의 문양을 사용했다. 브라질 제국은 1822년 포르투갈로부터 독립할 때부터 1889년 공화정으로 전환될 때까지 혼천의 문양이 들어간 국기와 국장을 사용했다. 혼천의 문양은 1910년에 제정된 포르투갈의 국기, 포르투갈의 국장에 다시 등장했다.[1]
5. 간천의 (簡天儀)
간천의는 에도 중기에 제작된 천체 관측 기구로, 중국의 혼천의를 간략화한 것이다.[32] 도쿠가와 요시무네가 보력력 작성 시 개량하여 고안하고, 니시카와 마사야스에게 제작하게 했다.[33] 요시무네는 천문에 정통하여 정휴와 그의 아버지 니시카와 요켄을 나가사키에서 초청하여 서양의 천문·역법 요소를 포함한 혁신적인 개력을 지시했다.[33]
덴메이 2년(1782)부터 막말까지 있었던 아사쿠사 천문대에는 상단에 간천의(천체의 시각과 적위를 측정하는 장치, 혼천의 중 황도환을 제거한 것)가 설치되어 있었다.[31]
적경, 적위 등 천구의 개념을 설명하기 위한 소형의 간천의 모형은 많이 남아 있다.[34]
6. 사진
참조
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仙台藩天文学器機
https://kunishitei.b[...]
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仙台藩天文観測器機「渾天儀」
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渾天儀
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渾天儀
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江戸時代の気象観測 浅草天文台
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簡天儀
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国産暦と古観測機器
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2011-09
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江戸時代の天文観測
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国立天文台
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웹인용
세종실록 20년 80권, 1438년 1월 7일
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조선왕조실록
2008-12-04
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현종실록 10년 21권, 1669년 10월 14일
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조선왕조실록
2008-11-04
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간행물
조선의 유학자들이 사용한 혼천의 작동모델 복원
http://harg.kasi.re.[...]
'2009 세계 천문의 해' 고천문 워크숍 "한국의 전통 천문의기(儀器)" 자료집
[38]
뉴스
340년 전 혼천시계 그대로 볼 수 있다
http://www.hani.co.k[...]
한겨레신문
2009-08-18
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