지구의 세차운동을 발견한 천문학자, 히파르코스 (Hipparchus of Nicaea, BC 190 ~ BC 120)
히파르코스 (Hipparchus of Nicaea, 그: Ἵππαρχος, 기원전 190년 ~ 기원전 120년)는 고대 그리스의 천문학자, 지리학자, 수학자이다. 헬레니즘 시대에 활동했다.
히파르코스는 지금의 터키 이즈니크인 니카이아에서 태어나 로도스에서 사망한 것으로 추정된다. 최소한 기원전 147년부터 기원전 127년까지는 천문학자로 활동했다. 그는 또한 현존하는 기록상 태양과 달의 모형을 정확하고 양적으로 설명한 것으로 유명하다. 삼각법을 창시한 것으로 여겨지는 중요한 인물이지만 우연히 지구의 세차운동의 일종인 춘분점 세차를 알아낸 것으로도 유명하다. 이것을 발견하기까지 바빌로니아 칼데아인들의 관측기록과 수학적기법을 사용한 것으로 보인다. 지구와 달 사이의 거리를 정확하게 추정한 최초의 사람이었다. 삼각법에 의한 삼각표를 가지고 다녔으며, 구면 삼각법에 관련된 몇몇 문제를 푼 것으로 보인다. 그는 일식, 월식, 그리고 삼각법을 이용해 처음으로 일식을 예견하는 방법을 개발한 선구자로 알려져 있다. 그의 유명한 발견은 세차운동, 포괄적인 초기의 성단표, 아스트로라베, 천구의 등이다. 클라우디오스 프톨레마이오스의 천동설이 우주론의 주류를 이루기 전까지 그의 발견은 널리 통용되었다.
지금의 지구 자전축은 작은곰자리의 알파별을 향하고 있지만 기원전 15세기의 이집트 사람들이 관찰할 당시에는 용자리의 알파별이었다. 그리스의 히파르코스는 기원전 120년에 이전 천문학자들의 관측과 자신의 관측을 종합하여 세차운동을 발견하였다.
– 히파르코스 (Hipparchus of Nicaea)
.출생: BC 190년, 니카이아
.사망: BC 120년, 그리스 로즈
.국적: 그리스
.저서: The geographical fragments of Hipparchus, On Sizes and Distances
.업적 및 발견: 세차운동, 포괄적인 초기의 성단표, 아스트로라베, 천구의 등
그리스 시대의 천문학자, 지리학자, 수학자다. 굳이 시대를 강조한 이유는 그리스 본토의 사람이 아니라 아나톨리아 지방의 비티니아 사람으로, 현재는 터키이다. 고대 사람임에도 불구하고 어지간한 역법이나 수학, 기하학에는 시대를 뛰어넘은것 같이 굉장히 능통했던 것으로 본다.
연주 시차를 측정하는 인공위성 ‘히파르코스’의 이름이기도 하다.
○ 업적
– 태양과 달에 대한 연구
히파르코스는 태양과 달에 대해서 연구를 했고, 황도와 백도를 정확하게 그려낸 사람이 바로 이 사람이다. 이를 바탕으로 월식과 일식을 예측하는 것이 가능해졌고, 심지어는 달과 태양의 크기를 구하기까지 했다.
– 별의 등급
별들의 밝기를 정하면서 가장 밝은 별을 기준으로 1등급을 잡은 후, 더 어두운 별을 숫자가 올라가게 등급을 설정하고, 가장 어두운 별을 6등급으로 설정하여 별을 구분했다. 문제는 이 밝기가 요즘처럼 소수점까지 찍어가며 구분하는 밝기가 아닌데 히파르코스의 이 밝기 구분이 천년, 2천년이 지나면서도 계속해서 유지되는 바람에 일이 발생하게 된다.
○ 히파르코스의 발견
히파르코스는 ‘지점과 분점의 이동에서’ (On the Displacement of the Solsticial and Equinoctial Points, 알마게스트 3권 1장과 7권 2장에서 묘사됨)에서 그의 발견을 설명했다. 그는 월식 동안의 항성 스피카의 황도상 경도를 측정했고 그것이 추분점에서 서쪽으로 6° 쯤에 있음을 알았다. 그는 (기원전 3세기에 아리스틸루스와 함께 작업했던 에우클레이데스와 동시대의) 알렉산드리아의 티모카리스의 측정값과 자신의 것을 비교하여, 스피카의 경도가 약 150년 동안에 2° 가량 감소했음을 알았다. 그는 다른 항성의 이동에도 주목했다. 그는 황도와 인접한 항성만이 시간이 흐르면서 이동한다고 추측했다. 프톨레마이오스는 그것을 “첫 번째 가설” (알마게스트 제7권 1장)이라 칭했지만, 히파르코스가 고안한 것으로 알려진 어떤 가설도 공표하지는 않았다. 히파르코스는 매우 신뢰되지는 않는 근과거의 관측값만을 가지고 있었기 때문에, 그의 가설에 분명히 제한을 두었다.
왜 히파르코스는 항성의 위치를 측정하는데 월식을 필요로 했는가? 주야 평분점은 하늘에 표시되지 않았으므로, 그는 달을 참조점으로 사용했다. 히파르코스는 이미 어떤 순간의 태양의 경도를 계산할 수 있는 방법을 개발했었다. 달이 충에 있을 때, 보름달 동안에 월식이 일어난다. 식의 중간점 때에, 달은 태양으로부터 정확히 180°에 위치한다. 히파르코스는 그 때의 달로부터 스피타의 경도 차이를 측정했던 것이다. 그는 그 값에 달과의 경도 차인 180°를 더해서 계산된 태양의 경도값을 더했다. 그는 티모카리스의 자료와 같은 절차로 작업하지 않았다. 덧붙여 말하면, 히파르코스에 대한 전기적 정보는 드물기 때문에, 월식을 사용한 그러한 관측은 그의 작업이 언제 이루어졌는지에 대한 주요한 근거 자료가 된다. 예를 들어, 그가 관측한 월식은 기원전 146년 4월 21일과 기원전 135년 3월 21일에 일어났다.
히파르코스는 ‘한 해의 길이’ (On the Length of the Year)에서 세차운동을 연구하기도 했다. 두 가지의 년이 그의 업적을 이해하는 것과 관련된다. 회귀년은 지구로부터 보는 관점에서, 태양이 황도 (천구의 항성들 사이에 있는 경로)를 따라 같은 위치로 복귀하는데 걸리는 시간의 길이이다. 항성년은 천구의 항성을 기준으로 태양이 같은 위치로 복귀 하는데 걸리는 시간의 길이이다. 세차운동은 매년마다 항성의 경로를 약간씩 변하게 하므로, 항성년이 회귀년보다 길다. 분점과 지점의 관측을 활용한 히파르코스는 회귀년의 길이를 365+1/4−1/300일 또는 365.24667일로 계산했다. 그는 그 값을 항성년의 길이와 비교해서 세차의 비율을 1°보다 적지 않은 값으로 산정했다. 그 정보로부터 항성년의 값을 계산하면, 365+1/4+1/144일 또는 365.25694일 나온다. 현대의 것과 비교하면, 그의 측정 값은 약간의 오차가 있다.
그는 ‘윤달과 윤일에 대하여’ (On Intercalary Months and Days, 현재 소실)에 있는 메톤과 칼리포스의 달력을 수정하여 그의 회귀년과 근접한 태음태양력을 만들었는데, 그것은 프톨레마이오스에 의해 알마게스트 제3권 제1장에서 소개 되었다. 바빌로니아 달력은 기원전 499년 부터의 235년의 (기원전 380년전에 단 세 번의 예외가 있는) 19년에 235개의 태음월 주기를 사용하지만, 구체적인 날 수가 규정되지 않았다. 메톤 주기 (기원전 432년)은 19년에 6.940일을 할당하여 연평균 365+1/4+1/76일 또는 365.26316일씩을 산출한다. 칼리푸스 주기 (기원전 330년)는 연평균 약 365+1/4일 또는 365.25일이 되도록 4 메톤 주기 (76년)에서 하루를 생략한다. 히파르코스는 4 칼리푸스 주기 (304일)에서 하루를 더 감해서 연평균 일수를 365+1/4−1/304일 또는 365.24671로 하는 히파르코스 주기를 만들었는데, 그 일수는 365+1/4−1/300 또는 365.24667일인 그의 항성년에 근접했다. 그리스의 이 세 가지 주기는 어떤 상용력에서도 사용된 적이 없었고, 오직 ‘알마게스트’와 같은 천문학 문헌에서만 등장할 뿐이다.
우리는 기원전 2세기의 고대 천문학 컴퓨터인 안티키테라 메커니즘에서 히파르코스의 수리적 특징을 알 수 있다. 그 메커니즘은 하늘에서 (거의 19년 만에 같은 위치에 나타나는 보름달로써) 달이 같은 위상으로 같은 항성에 재등장하는 주기인 메톤 주기와 (4 메톤 주기이며 더 정확한) 칼리푸스 주기, 사로스 주기 그리고 (식의 정확한 예측을 위해서 사용되는 3 사로스 주기의) 엑셀리그모스 주기의 태양년을 기초로 한다. 안티키테라 메커니즘에 대한 연구는 고대인들이 하늘에서의 태양과 달의 이동에 관한 모든 위상에 기반하는 매우 정확한 달력을 사용하고 있었음을 증명한다. 사실, 안티키테라 메커니즘의 일부인 달의 메커니즘은 케플러의 제2법칙과 매우 근접한 달의 변화하는 속도가 적용된, 예를 들어, 그것은 근일점에 있는 달의 가장 빠른 이동과 원일점에 있는 가장 느린 이동을 계산에 넣은, 핀과 슬롯 장치가 있는 일련의 네 개의 기어를 사용하여 주어진 시간의 달의 이동과 위상의 변화를 표현한다. 그것의 발견은 히파르코스가 케플러의 제2법칙과 거의 유사한 것을 고안했다는 증거로써, 그의 수학적 계산들이 프톨레마이오스가 그의 저서에서 설명한 것보다 더 진보되었음을 입증한다.
크리스천라이프 편집부