16세기 이탈리아의 신학자인 조르다노 부르노(코페르니쿠스의 태양중심설을 옹호했음)는 붙박이별들은 태양과 비슷하며 그 주위는 우리 태양계처럼 행성들이 돌고 있다고 주장했나요?
외계 행성
16세기 이탈리아의 신학자인 조르다노 부르노(코페르니쿠스의 태양중심설을 옹호했음)는 붙박이별들은 태양과 비슷하며 그 주위는 우리 태양계처럼 행성들이 돌고 있다고 주장했다. 그는 1600년 종교 재판소의 결정에 따라 말뚝에 묶여 화형에 처해졌다. 그러나 그의 천문학적 관점이 유죄판결의 주된 이유는 아니었다.[12]
코페르니쿠스 혁명
프톨레마이오스의 천동설이 지배하던 16세기 초 폴란드의 신부이자 신플라톤주의자인 니콜라스 코페르니쿠스는 나름대로 관측 데이터를 수집하여 하늘에 80개 이상의 주전원이 그려져야 하는 복잡한 우주 구조는 조화로운 신의 섭리에 불합치한다고 생각하였다. 코페르니쿠스는 주전원이나 이심원과 같은 부가적인 장치들을 전혀 사용하지 않으면서 행성들의 완벽한 등속 운동을 가능하게 하는 우주 구조가 무엇인지를 자문하고 “모든 행성들은 태양을 중심으로 회전하며, 따라서 태양이 우주의 중심이다.”라는 결론을 얻어냈다.
갈릴레이 위성
갈릴레이의 발견은 육안으로 아무것도 보이지 않거나 잘 보이지 않는 공간에서 망원경으로 어떤 천체를 발견해냈다는 점으로 천문학 도구로써 망원경의 중요성을 입증했다. 더 중요한 점은, 지구가 아닌 다른 천체를 도는 것은 지구중심설에 큰 타격을 주는 것이었다. 다른 천체들이 지구 주위를 돈다는 가설을 무너트리는 발견이었다. 갈릴레이는 '별 세계의 보고' (별이 빛나는 편지)를 통해 자신의 천체 관측 내용을 발표했다. 태양이 우주의 중심에 있다는 코페르니쿠스의 설을 명시적으로 언급하진 않았다. 그럼에도 불구하고 코페르니쿠스의 이론과 관련된 내용이 많이 나온다. 이러한 발견의 내용으로, 경도를 결정하는 방법을 개발할 수 있었다.
중세의 우주론
고대 인도에서도 천문학이 다양하게 발전하였는데 그 중 쿠수마푸라 출신의 아리아바타가 있었다. 그는 프톨레마이오스보다 후대에 태어났지만, 규칙적인 원운동에 바탕을 두고 있는 그의 행성 이론은 프톨레마이오스 이전 고대 그리스의 천문학 개념에서 발달된 듯 하다. 그리고 그는 천체의 움직임에 관한 이론을 세웠다. 해의 경우 "카크시아만달라"라는 황도면에 위치하며 지구를 중심으로 하는 원을 평균태양이 일정한 속도로 움직이고 있다. 이때 해는 평균태양이 운반하는 주전원을 궤도로 한다. 이 이론은 히파르코스의 이론 주전원의 비율이 다르다는 점을 제외하면 일치한다. 달에 대해서도 해의 움직임을 설명하는 원리와 같은 원리이지만 달의 주전원은 상대적으로 크다. 행성의 움직임을 설명할 때도 마찬가지로 주전원의 개념이 도입된다. 이로써 설명하기 힘든 불규칙성을 설명하기 위해서 그는 고대 그리스에서 이퀀트의 개념을 도입하기 전에 활용된 이심원과 주전원 이론과 비슷한 이론을 사용하였다. 아리아바타는 지구가 회전하고 있다고 믿었으며 그의 천문학 체계에서는 행성들의 기본적인 주기가 해에 상대적이라는 점으로부터 해가 지구 돌레를 도는 것이 아니라 지구가 해 둘레를 돈다는 지동설의 기본적인 이론의 가능성이 보였다. 
행성계
우리 태양 외에도 수많은 항성이 행성을 거느리고 있음이 밝혀졌다. 어떤 항성이 행성을 거느릴 확률은 아직 정확히 규명되지는 않았으나, 태양 비슷한 별 중 약 3~4.5%가 거대 행성을 거느리고 있으며 슈퍼지구나 지구급 행성의 경우 더 흔한 것으로 추측된다.
은하원반
은하 원반에는 은하 팽대부와 은하 헤일로에 비해 성간물질과 젊은 항성이 많다. 태양계는 우리 은하의 원반에 위치한다.
천구의 회전에 관하여
신학자가 아닌 사람들 중 코페르니쿠스 체계에 대해 반박한 사람을 들어보면 튀코 브라헤를 들 수 있다. 튀코 브라헤는 지구는 너무 물렁하여서 자전이나 공전을 하면 그 형태를 유지할 수 없을 것이라는 점, 지구가 회전한다면 그에 따른 별의 연주시차가 존재하여야 하는데 관측상의 결과로는 그렇지 않다는 점을 근거로 들었다. 실제로는 지구의 회전에 따른 별의 시차는 존재한다. 하지만 지구에서 가장 가까운 별들조차도 당시에 측정할 수 있었던 최솟값보다도 더 작았기 때문에 이러한 시차를 발견하지는 못하였다.
태양중심설
히파르코스(Hipparchos, 190?~120?B.C.)는 비교적 정확한 관측 자료와 천문관측기술을 바탕으로 에우독소스의 동심천구설의 문제점에 대한 해결책을 제시했다. 천구의 궤도가 실제로 원이 아니라는 점을 극복하기 위해 주전원을 도입하고, 천체의 운동이 실제로는 속도가 변한다는 점을 설명하기 위해 천체가, 중심이 아닌 이심(eccentric) 주위를 돈다고 가정하였다. 즉, 행성은 작은 원인 주전원(epicycle)을 돌면서, 일정한 속도로 대원(deferent)으로 알려진 큰 이심 주위를 도는 것이다.
태양중심설
고대에서 중세에 이르기까지 아리스토텔레스(Aristoteles, 384~322B.C.)의 우주관이 큰 영향력을 발휘했다. 아리스토텔레스의 우주는 크게 두 개의 세계로 나뉜다. 즉 우주의 중심인 지구로부터 달까지 이르는 달밑세계(sublunar world) 또는 지상계(terrestial world)와 달에서부터 그 바깥을 이르는 달윗세계(superlunar world) 또는 천상계(celestial world)로 구별되는 것이다. 지상계는 흙, 물, 공기, 불과 같은 4원소로 이루어져 있으나 천상계는 제5원소인 에테르(aether)로 구성되어 있다. 또한 두 세계에서는 일어나는 운동도 차이가 나는데, 지상계에서는 시작과 끝이 있는 직선운동이 주로 나타나지만, 천상계에서는 시작도 끝도 없는 완전한 운동인 등속원운동이 주로 존재한다. 아리스토텔레스는 태양이 중심에 있다는 이야기를 언급한 적이 있으나, 이는 매우 철학적인 수준의 언급이었다. 즉, 불인 태양은 지구보다 중요하기 때문에 우주의 가운데에 위치해야 한다는 관점이다.
행성의 정의
플라톤은 기원전 360년에 기록한 티마이오스("Timaeus")에서 "태양과 달 그리고 다섯 개의 별을 행성으로 부른다."라고 언급했다. 플라톤의 제자 아리스토텔레스 역시 그의 저서 '천체에 관하여'("On the Heavens")에서 "태양과 달의 운동은 나머지 행성들의 그것에 비해 작다."라고 서술함으로써, 그의 스승과 비슷하게 다섯 행성과 나머지 둘을 구별했다. 시인 아라투스는 기원전 350년 경 철학자 유독서스가 쓴 천체 논문을 천체시로 개작한 '현상'("Phaenomena")에서, '별자리에 섞였으며 황도 12궁의 모든 방향으로 떠돌아 다니는 다섯 천체들'로 행성을 묘사했다.
지구중심설
프톨레마이오스의 천동설에서는 우주의 중심에 지구가 있고, 태양을 비롯한 모든 천체는 약 하루에 걸쳐 지구 주위를 공전한다. 그러나 태양이나 행성의 공전속도는 각기 다르고, 그러한 이유로 시기에 따라 보이는 행성이 다르다. 천구는 딱딱한 구체이며, 이것이 지구와 태양, 행성을 포함한 모든 천체를 감싸고 있다. 항성은 천구에 붙어있거나 천구에 뚫린 미세한 구멍으로 천구 밖의 빛이 새어나와 보이는 것으로 여겨졌다. 행성과 항성은 신의 보이지 않는 힘에 의해 움직인다. 모든 변화는 지구와 달 사이에서만 일어나고, 더 멀리 있는 천체는 정기적인 운동을 반복할 뿐, 영원히 변화는 일어나지 않는다고 여겨졌다.
지구중심설
기원전 3세기 무렵의 아폴로니우스와 기원전 2세기의 히파르코스는 행성이 단순히 원운동을 하는 것이 아니라, 원 위에 있는 작은 원 위를 움직인다고 생각했다. 이 작은 원을 주전원, 큰 원을 대원(Deferent)이라고 부른다. 두 가지 이상의 원운동이 합해져 행성의 진행방향이나 속도가 변화하는 것으로 보이며, 이것은 행성의 접근에 의한 밝기 변화, 순행과 역행의 속도차이를 대략적으로 설명할 수 있다.
우리은하
태양은 우리은하 내 수천 억개의 별들 중에서 극히 평범한 항성으로 과거 약 46억 년전에 3세대 초신성의 폭발에 따른 가스의 응축력에 의해 산개성단 내에서 많은 형제 별들과 함께 생성된 것으로 추정되고 있다. 태양은 우리은하 나선 팔의 파동운동 영향으로 초기의 탄생 위치에서 멀리 이동했을 것으로 추측되며, 현재 은하 중심에서 태양까지의 거리는 약 26,500 ± 1,400 광년으로 수평 방향으로는 전체 은하 디스크의 중간 위치에 자리하고 있으며, 수직 방향으로는 은하 기준평면(은위 0도)으로부터 약 60~70광년 정도 위에 위치하고 있다.[15][16][17][18] 태양은 페르세우스자리 팔 안 쪽으로 6,500광년 떨어진 오리온자리 팔(페르세우스자리 팔에서 갈라져 나온 부수적인 팔)의 은하 중심 방향으로 가장자리에 위치해 있으며 [19] , 과거부터 오리온팔과 나선 팔 공간 사이를 주기적으로 왕복하고 있다. 태양은 최근 몇 백만 년 전에 현재의 "Local Bubble"(성간가스의 밀도가 다른 지역에 비해 희박한 지역으로 위로는 나선 팔을 넘어 헤일로까지 뻗어 있는 길다란 굴뚝 모양의 거품 구조 공간)이라는 과거의 쌍둥이자리 초신성 폭발 잔해 영역으로 진입하였으며, 현재 "Local Bubble"의 경계면에서 근처의 전갈-센타우루스 자리 OB성협(산개성단보다 느슨하게 모인 별의 집단)의 젊은 별들이 뿜어내는 강한 항성풍을 뚫고 나선 팔을 따라 공전하고 있다. 태양계의 경우 은하계를 공전하는 데에 2억 2600만년이 걸리며, 태양계의 나이로 봤을 때 지금까지 25번 공전했다. 태양은 은하 내에서 헤라클레스자리 근처의 거문고자리 1등성인 직녀성을 향해 초속 220km, 은하 중심으로부터 60도의 각도로 비스듬히 공전 중이며, 또한 한번 공전할 때마다 평균 2.7회 정도 주기적으로 은하 원반 내에서 상하운동을 하고 있다. 이는 1 AU를 8일만에, 1광년을 1400년 만에 갈 수 있는 속도이다. 별들의 공전속도는 중심과 떨어진 거리와 상관없이 초속 200~250km로 일정하다 . 그렇기 때문에 공전주기는 은하의 중심에서 떨어진 거리에 거의 비례한다.
천구의 회전에 관하여
하지만 코페르니쿠스는 이를 천문학자들이 읽기를 바랐고 이는 2권부터 복잡한 계산들과 수식들로 이루어진 책을 쓰게 되었다. 뿐만 아니라 천체는 완벽한 원운동을 한다는 것에 집착하고 프톨레마이오스가 제안했던 등각속도점을 쓰기를 거부하였고 이는 프톨레마이오스의 지구 중심설과 같이 많은 주전원과 이심원을 사용하여 천체들의 운동을 설명해야 했다. 이러한 점에 의해 당시 코페르니쿠스가 제안했던 모델은 일부 전문적인 천문학자들 사이에서 읽혔으나 그 파급력은 비교적 적었다.
성운설
널리 인정받은 현대적 행성생성 이론(태양성운원반모형)의 탄생은 소련 천문학자 빅토르 사프로노프로 거슬러 올라간다. 그의 1969년 책 '원시행성계원반의 진화와 지구 및 행성들의 생성'은 1972년 영어로 번역되었으며 행성 탄생에 대한 과학자들의 사고에 길고 지속적인 영향을 끼쳤다. 이 책에서 거의 모든 중요한 행성생성과정의 문제들이 공식화 되었으며 그 중 일부는 해명되었다. 사프로노프의 가설들은 폭주강착을 발견한 조지 웨더릴의 논문에서 좀 더 진전되었다. 1978년 앤드류 프렌티스는 행성생성에 관한 초기 라플라스의 주장을 부활시켰으며 '현대 라플라스 이론'을 개발했다. 태양성운원반모형은 원래는 태양계의 탄생을 설명하기 위해 세워진 가설이었으나 이후 우리 은하에서 수천 개의 외계 행성들이 발견되면서 우주 전체에 걸쳐 유효한 가설로 인정받았다.
궤도
태양계의 기하학적 모델 중에서 천구 모델은 본래 완벽한 구 혹은 테의 모양 속에서 하늘 안에 행성의 겉보기 운동을 설명하기 위해 사용되었다. 행성의 정확한 움직임을 측정한 후에 지구를 둘러싼 가상의 원과 주전원과 같은 이론적인 메커니즘이 후에 추가되었다. 하늘에서 행성의 위치를 정확하게 예측하는 것이 가능했지만 시간이 지남에 따라 점점 더 많은 주전원들이 요구되었고 행성들이 더 발견됨에 따라 그와 같은 모델로 행성의 운동을 예측하는 것은 점점더 어려워졌다.
궤도의 현대적 이해에 대한 기초는 최초로 요하네스 케플러에 의해 수학적으로 기술되었다. 그의 결론은 행성 움직임에 대한 다음 세 가지 법칙 속에 요약되어 있다.
세번째 원리는 태양 궤도를 선회하는 모든 행성들의 궤도 원리간의 보편적인 관계라고 할 수 있다.
자전축의 세차운동
역사적으로 지구의 세차운동은 분점의 세차운동(分點之 歲差運動, precession of the equinoxes)이라고 불렸다. 왜냐하면, 분점이 황도를 따라 항성에 비해서 서쪽으로 즉, 황도를 지나는 태양의 이동 방향과 반대로 움직였기 때문이다. 이 용어는 상세한 수학적 계산이 결여된 비전문적 논고에서 여전히 사용된다. 히파르코스는 세차운동에 대해서 기록했는데, 쐐기 문자 평판에서 비롯된 증거가 그의 서술과 수학적 계산이 여러 세기 이전부터 존재해 왔던 바빌로니아의 천문수학에 몹시 의존했음을 시사하는데도 불구하고, 역사적으로, 그것을 그가 발견한 것으로 인정되고 있다. 그의 생애의 정확한 기간은 알려지지 않았지만, 프톨레마이오스에 의한 천문학 관측은 그가 기원전 147년부터 기원전 127년에 활동했다고 본다.
태양중심설
#
조선 세종 시기 천체물리학자인 이순지(1406~1465)가 처음으로 주장했다. 1543년 지동설 코페르니쿠스 그로부터 약 100년 전, 1427년 지동설을 주장한 이순지.
지구가 태양을 도는 데 걸리는 시간을 1444년에 계산할 당시 365일 5시간 48분 45초 였다.
현재의 계산시간과의 오차범위는 단 1초 차이였다.(365일 5시간 48분 46초)
요하네스 케플러
대신, 케플러는 연대학과 〈조화〉, 즉 음악과 수학과 물리학계의 수비학적 관계와 점성학적 중요성으로 관심을 돌렸다. 그는 지구가 영혼(후에 태양이 어떻게 행성운동의 원인이 되는지 설명하려고 했을 때 케플러가 사용한 도구)을 가지고 있다고 가정하여, 점성술적 에스펙트와 천문학적 거리를 날씨와 다른 지구의 현상들에 결합한 이론을 만들어냈다. 그러나 1599년, 사용 가능한 자료들의 부정확함 때문에 케플러는 또다시 자기 연구의 한계를 느끼게 된다. 관측 결과와 자기 이론이 맞지 않자 가설의 거창함에 빠져 있던 케플러가 내린 결론은 코페르니쿠스의 관측값이 틀렸다는 것이었다. 케플러는 누구보다 정확한 관측 자료를 자랑하던 튀코를 만날 필요성을 절감했다.
중세의 우주론
케플러는 입방체들 중 하나를 다른 것 속에 넣은 방식으로 쌓아서 각각의 경우에 안쪽에 있는 입방체들의 모서리들이 그 입방체를 둘러싸고 있는 구의 표면에 접하도록 하고, 이어서 구는 그 다음 입방체 표면의 안쪽 측면에 닿게 하여 이렇게 나머지 다섯 개의 유클리드 입방체(정육면체, 정사면체, 정십이면체, 정이십면체, 정팔면체)들을 나열하면, 가장 안쪽에 있는 입방체 내부는 물론 가장 바깥쪽 입방체의 외부에 있는 구가 놓이게 됨에 따라 6개의 구가 나란히 늘어서게 되어 각각이 행성의 궤도가 된다고 생각하였다. 즉, 태양을 가장 안쪽으로 하여 정팔면체를 두고 수성의 궤도를 나타내는 구로 그것을 둘러싸도록 한 다음, 그 뒤를 정이십면체, 정십이면체, 정사면체, 정육면체가 따르도록 함으로써 행성들의 궤도가 일정한 간격을 유지하도록 구를 배치한 것이다. 이에 따라 그는 (1),(2)에 대한 그의 답을 달았고 이어 1597년 "우주의 신비(Mysterium Cosmographicum)"에서 (3)에 대한 답도 달았는데 행성들은 태양에서 뻗어나와 그것들을 밀고 있는 힘 (그는 이 힘을 "활력"이라 하였다.)에 의해 궤도를 따라 계속해서 돌고 있기 때문에 태양에서 멀어질수록 활력이 작아질 것이므로 천천히 돌 수 밖에 없다고 주장하였다.
로버트 훅
보렐리는 행성들이 여러 힘을 받지만, 그 힘들이 서로 평형을 이루기 때문에 행성들이 안정된 궤도상을 움직인다고 믿었다. 이 문제에 대해 훅은 진전시키려는 시도를 하였다. 훅은 태양이 행성들에게 강력한 인력을 미칠 것이라고 생각했지만, 그 힘의 정확한 수학적 표현(훅은 그것이 자력일 것이라고 믿었다)은 얻지 못했다.
요하네스 케플러
다른 많은 조화 가운데 케플러는 오늘날 행성운동의 제3법칙으로 알려져 있는 것을 명료하게 표현했다. 그는 〈행성의 공전주기의 제곱은 궤도의 장반경의 세제곱에 비례한다〉라는 것을 (거의) 발견하기까지 많은 조합들을 시도했다. 그러나 천체역학의 넓은 의미에서 이 순수한 운동학적 법칙은 1660년대까지 밝혀지지 않았다. 이후 원심력에 대한 크리스티안 하위헌스의 새로운 법칙이 결합되어, 이 법칙은 아이작 뉴턴, 에드먼드 핼리와 크리스토퍼 렌과 로버트 훅이(아마도) 태양과 그 행성들 간의 중력적 인력이 그 사이 거리의 제곱에 반비례한다는 추측을 독립적으로 증명하도록 도와주었다.
코페르니쿠스 혁명
갈릴레이 생시의 천문학자들은 지구가 태양 주위를 돈다면 달이 지구 뒤에 남겨질 것이라고 확신하여 지구는 태양을 돌 수 없고 대신 태양이 지구를 돈다고 믿었다. 그러나 갈릴레이는 망원경을 통해 목성의 4개 위성을 관찰하고 이로부터 달이 지구의 위성일 때 지구가 태양 주위를 공전하더라도 달이 지구 뒤에 남겨지지 않을 것이라고 확신하게 되었다.
윌리엄 길버트
《자석에 관하여》의 제3장에서 길버트는 당시 이단으로 취급받았던 태양중심설을 옹호하였다. 길버트는 아리스토텔레스와 같이 우주에 매우 커다란 크기의 천구가 존재하여 모든 별들이 지구를 중심으로 돈다고 하는 지구중심설은 매우 터무니 없는 주장이며, 오히려 작은 크기의 지구가 도는 태양중심설이 더 이치에 맞는 설명이라고 주장하였다.
조선후기의 과학기술
홍대용과 박지원이 전개한 지구회전설은 대략 다음과 같다. "하늘이 만든 것에 모난 것(方物)은 없다. 작은 벌레의 몸뚱이나 빗방울이나 눈물과 침이라 할지라도 둥글지(圓) 않은 것은 아직 없다. 대저 산하대지(山河大地) 일월성수(日月星宿)가 모두 하늘에 의하여 지은 바 되었으나 아직 방수악성을 보지 못하였다. 그런즉 지(地)가 구(球)로 되었다는 것은 의심할 여지가 없다. 대저 그 형(形)은 즉 원(圓)이요 그 덕(德)은 즉 방(方)이고 사공(事功)은 즉 동(動)이며 성정(性情)은 즉 정(靜)이라 만일 대공(大空)에 땅이 정지하여 움직이지도 않고 돌지도 않고 괴연(塊然)히 하늘에 매달려 있다면 즉시 부수사토(腐水死土)하고 그 자리에서 썩고 헐어 부서져 버릴 것이다…." 그들은 태양·달·지구를 같은 부류로 보고 그것이 공중에 떠서 움직이니 지구도 회전한다는 3환설(三丸說)과 공통되는 이론을 전개하였고, 또 하늘이 만든 것에 둥글지 않은 것이 없으니 지구도 둥글고, 둥근 것은 반드시 돌게 마련이다 했고, 만일 대지(大地)가 움직이지도 않고 돌지도 않는다면 즉 부수사토할 것이 틀림없을 것인데 지상의 수목과 하천은 생동하고 있으니, 대지는 회전하고 있는 것이라는 이론이었다. 이 설(說)은 코페르니쿠스(Copernicus) 이론의 핵심인 대지는 구상(球狀)이고 구(球)가 하기 쉬운 운동은 회전이라는 것과 거의 같은 이론이다. 그들은 지구의 자전속도가 매우 빠르다는 사실은 알았으나 지구의 공전에 관해서는 모르고, 모든 천체는 지구를 중심으로 돌고 있다고 보았다.
코페르니쿠스 혁명
따라서 그는 자신만의 독창적인 우주 구조를 내놓게 되었는데, 그것을 태양을 중심으로 행성들이 회전하고, 태양은 다시 지구를 중심으로 회전하는 지구 중심이면서 동시에 태양 중심이 과도기적 우주론이었다. 이것은 당시 어느 쪽도 선택하지 못하고 갈등하던 천문학자들에게 타당한 대안이었다. 그가 남긴 정확한 관측 자료와 우주론은 이후 케플러가 행성의 법칙들을 발견하여 천문학 혁명을 일단락짓게 하는데 매우 중요한 역할을 하였다.
튀코 브라헤
튀코 브라헤가 밤마다 고정된 별들을 기준으로 하여 행성들의 위치를 측정하고 그 결과를 분석한 결과 태양, 행성등의 움직임을 추적하였다. 1577년 튀코 브라헤는 밝은 혜성
겉보기 역행 운동
밤하늘을 관측할 때, 행성은 때때로 항성으로 오인될 수 있지만, 실제로 행성은 밤마다 항성에 대한 위치가 바뀐다. (뒤로의) 역행과 (앞으로의) 순행은 천체가 마치 지구를 공전하고 있는 것처럼 관측된다. 150년 경에 고대 그리스의 천문학자 프톨레마이오스는 지구가 태양계의 중심이라고 믿었지만, 역행과 순행의 용어를 항성에 대한 행성의 이동을 묘사하는데 사용했다. 오늘날 행성이 태양을 공전하는 것으로 알려졌음에도 불구하고, 지구에서 관찰되는 항성에 대한 행성의 이동을 묘사하는데 있어서 같은 용어가 계속 사용되고 있다. 태양과 마찬가지로 행성도 동쪽에서 떠서 서쪽에서 진다. 한 행성이 항성에 대하여 동쪽으로 이동할 때를 순행이라 부르며, 그 행성이 항성에 대해 (반대 경로의) 서쪽으로 이동할 때를 역행이라 부른다.
태양중심설
태양중심 체계를 처음으로 주장한 사람은 사모스의 아리스타르코스(Aristarchos, 310?~230B.C.)이다. 그는 현재 남아 있는 유일한 저서 『태양 및 달의 크기와 거리에 대해서』에서 삼각법을 이용하여 지구와 달 사이의 거리와, 지구와 태양사이의 거리의 비를 구하였다.(지구와 태양 사이의 거리가 지구와 달 사이의 거리의 18~20배라고 하였는데, 실제로는 약 400배이다.) 또한 에라토스테네스처럼 지구의 둘레를 측정하고 달과 태양의 시지름과 부피의 비도 구하여, 태양은 지구에 비해 6~7배 더 넓고 따라서 태양의 크기는 지구의 300배에 달한다고 결론지었다.
그는 태양이 지구보다 크기 때문에 태양의 연주운동은 지구의 공전으로 말미암은 것이고 또한 항성은 태양과 동등한 천체이기 때문에 그 일주운동은 지구의 자전에 의한 것이라고 주장했다. (지구와 태양의 상대적인 크기를 계산하는 것을 통해, 아리스타르코스가 거대한 태양이 지구의 주위를 도는 것보다 지구가 태양의 주위를 도는 것이 이치에 맞다는 생각을 했을 것이라고 추정하기도 한다.) 당시에는 플라톤과 아리스토텔레스 등의 지구중심설(천동설)이 주류를 이루었기 때문에 이러한 구상은 히파르코스 등에 의해 부정되었지만, 후에 코페르니쿠스의 선구가 되었다.
[참고] 아리스타르코스의 태양중심설이 받아들여지지 않은 이유 중에는 별의 시차(stellar parallax)에 의한 효과가 관측되지 않았다는 점이다. 별의 시차 값은 매우 작아서 근대에 들어와서야 관측에 성공했을 정도로 측정하기 매우 어렵다. (켄타우루스 별자리의 알파성은 지구에서 가장 가까운 별이지만, 시차각이 호의 1초(1”)밖에 되지 않을 정도로 미세하다.)
코페르니쿠스 혁명
케플러는 처음에 행성들이 궤도가 원이 아니라는 사실에 기뻐하기보다는 몸시 기분 상해했던 것으로 알려져 있다. 신플라톤주의자였던 케플러는 우주의 수학적 조화를 강하게 믿었으며, 원에 대한 절대적인 믿음을 가지고 있었기 때문에 타원이라는 결과에 무척 불만족스러워했던 것이다. 점차로 그는 화성의 궤도를 계산하면서 화성의 회전 속도가 일정하지 않다는 것을 알게 되었다. 이로부터 그는 행성들이 태양으로부터 가장 멀리 떨어져 있을 때 가장 천천히 움직이며, 가장 가까이에 있을 때 가장 빨리 움직인다는 생각에 도달하게 되었다. 즉, 행성은 등속 원운동을 하는 것이 아니라 부등속 타원 운동을 한다고 결론지었다.
지구중심설
14세기 우마이야 왕조의 다마스쿠스에 있던 이븐 알 샤티르(Ibn Al Shatir)는 천동설의 입장에서 동시심을 제거하여 코페르니쿠스와 같은 체계를 생각했다. 원운동에서 직선왕복운동을 일으키는 방법은 그에 앞서 13세기의 나시르 알 딘 알 투시(Nasir al-din al-Tusi)에 의해 제시되었다. 그들의 업적이 코페르니쿠스에게 영향을 미쳤을 가능성도 지적되지만, 그것을 입증하는 기록은 없다.
튀코 브라헤
튀코가 관측한 별과 행성 궤도 등 여러 결과들은 양도 많을 뿐더러 모든 자료가 놀라울 정도로 정확하다. 튀코의 별 관측 목록 D에 관하여 Rawlins는 "이전의 어떠한 천문학자들보다 튀코는 관측방법, 기구, 계산 등 모든 면에서 월등히 뛰어난 관측"을 했다고 하였다. 그는 수년간에 걸쳐서 정확한 관측을 계속하면서 정확성은 육안으로 볼 수 있는 극한까지 이르렀고, 망원경을 사용하지 않은 관측으로는 가장 정밀하였다고 한다. 그의 정확성을 살펴본다면 그가 작성한 항성목록의 표준성좌표의 오차는 불과 25초에 지나지 않았다. 그가 오랜시간을 별의 위치를 측정하는데 바쳐 항성목록을 출판했는데 그 목록에는 777개 항성의 정확한 위치를 측정했으며 나중에는 1000개까지 늘어나게 되었다. 또한 달궤도의 각 지점의 위치를 정기적으로 측정하여 달 운동이론을 발전시키고 달궤도 귀착점의 속도를 측정하였다. 이후 천문학 발전에 있어 가장 중요한 의의를 가지는 것이 튀코 브라헤의 행성관측이었다. 당시의 정밀하지 못한 관측기구를 이용하여 가까운 항성의 이각 을 측정해내었다. 벤 섬에서 연구하던 시절에 그는 항상 자신이 만든 사분의와 혼천의를 사용하여 연구를 진행하고 있었지만 갑작스럽게 찾아온 죽음에 의해 결국 수치화된 행성이론을 만들지 못했다. 그러나 이것은 케플러에 의해 완성되었다.1572년 11월 11일, 실험실에서 집으로 돌아오던 중 튀코 브라헤는 밤하늘의 별자리중에 카시오페이아 별자리를 살펴보고 있었다. 평소에는 다섯 개의 별로 이루어져 있지만 그 날 다섯 개의 별보다 더 밝은 별 하나가 더 빛나고 있음을 알아냈다.(현재 그 별은 SN1572라고 불린다.) 그 당시에는 별은 수정구에 고정된 상태로 빛을 내뿜는다고 알려졌기 때문에 이는 큰 충격이었다. 그렇지만 튀코는 한 번의 관측으로 이를 별이라 결론내리기 어렵다고 판단하여 육분의 를 이용하여 관측을 계속 하였다. 튀코는 새로운 별의 연주시차를 측정하려고 했으나 다른 별과 행성들에 비하여 그 운동이 너무 상대적으로 작아서 그 별이 움직이지 않고, 행성이 아니라고 결론은 내렸다. 그 별은 18개월동안 시야에서 사라지지 않고 움직임도 보이지 않았으나 1572년 이후부터 점점 희미해져갔다. 튀코는 이 관측을 토대로 새로운 별 "De Nova Stella"를 출판했으며 새로운 용어인 신성"nova"를 얻게 되었고 그 책에서는 밝은 물체를 다른 별들처럼 천구에 속해 있다고 분명히 밝혔다.
태양계의 형성과 진화
태양이 생겨나고 남은 가스 구름 및 먼지로 이루어진, 원반 모양의 ‘태양 성운’에서 여러 행성이 생성되었다고 여겨진다. 현재 인정받는 행성 생성 이론은 강착(降着) 이론이다. 강착 이론에 의하면, 행성들은 중심부의 원시별 주위를 도는 먼지 알갱이들이 뭉치면서 생겨났다. 이 알갱이들은 직접 서로 충돌하면서 지름이 1~10킬로미터에 이르는 천체, 곧 미행성으로 자라났다. 이 미행성은 작은 천체를 빨아들이면서 수백만 년에 걸쳐 매년 15센티미터 정도씩 지름이 커졌다.
엘타닌
1728년 제임스 브래들리는 엘타닌의 시차를 측정하는 데 실패했는데 이 과정에서 지구가 움직이면서 광행차가 발생하는 것을 발견했다. 브래들리의 이 발견으로 지구가 태양을 돈다는 코페르니쿠스의 주장이 검증되었다.
행성의 정의
2세기 프톨레마이오스는 그의 저서 '알마게스트("Almagest")에서 행성을 '태양, 달, 다섯 행성'으로 언급했다. 히기누스는 행성을 '떠돌아 다니는 자로 불리며, 그리스인들이 플라네타("Planeta")라고 하는 다섯 별들'이라고 했다. 카이사르 아우구스투스 시절 살았던 라틴 작가 마르쿠스 마닐리우스가 쓴 시 아스트로노미카("Astronomica")는 근대 점성학의 기본 교재로 인정받고 있다. 이 책에서 마닐리우스는 "지금 제 10천(天)은 다섯 부분으로 나뉘어 있는데, 대부분은 하늘에서 밝은 빛을 내면서 지나가는, '떠도는 자'로 불리는 별들을 위한 곳이다."라고 말하고 있다.
니콜라우스 코페르니쿠스
두 번째는 행성들의 역행 운동에 대한 문제였다. 지구중심설로서 이를 설명하려면 주전원과 등속 중심 등을 사용하여 매우 복잡했지만 코페르니쿠스의 체계에서는 우주구조 자체로서 설명할 수 있게 되었다.
천구의 회전에 관하여
《천구의 회전에 관하여》()는 르네상스 시대의 천문학자 니콜라우스 코페르니쿠스가 쓴 태양중심설에 관한 책이다. '천구의 회전에 관하여'는 1543년 신성 로마 제국의 뉘른베르크에서 출판되었고, 이 책을 통해 고대부터 널리 받아들여지던 프톨레마이오스의 지구중심설에 반하는 태양중심설을 주장하였다.
갈릴레오 갈릴레이
1612년에, 갈릴레오가 지지했던, 우주의 태양 중심 이론에 대한 반대가 수면 위로 떠올랐다. 1614년, 산타 마리아 노벨라(Santa Maria Novella)에서 로마 가톨릭 교회 사제 토마소 카치티(Tommaso Caccini, 1574년-1648년)는 지구의 운동에 대한 갈릴레오의 의견을 비난하며, 갈릴레오의 이론들은 위험하며 이단(종교에 거역하는 나쁜 주장) 에 가깝다고 주장했다. 갈릴레오는 이러한 고소들에 대해 스스로를 방어하기 위해 로마로 향했다. 하지만 1616년에 추기경 로베르토 벨라르미노(Roberto Bellarmino)는 갈릴레오에게 개인적인 서신을 보내면서 그가 코페르니쿠스 천문학을 옹호하지도, 가르치지도 말 것을 분부하였다. 1621년과 1622년 사이에 갈릴레오는 1623년에 승인되고 간행된 그의 첫 번째 책 《분석》(Il Saggiatore)을 집필했다. 1630년에 갈릴레오는 1632년에 피렌체에서 인쇄된 《두 가지 주요 세계관에 관한 대화》("Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo")를 출판하기 위한 인가를 받기 위해 로마로 돌아왔다. 그러나 그해 10월에, 그는 로마의 종교재판소에 설 것을 명령받았다. 갈릴레오는 이 책으로 다시 종교재판소에 회부되자 과거 자신의 주장을 "맹세코 포기하며, 저주하고 혐오한다"고 선언하고 겨우 풀려났다.[8]
성운설
성운설 또는 성운 가설(星雲說, 星雲假說, Nebula hypothesis)은 우주기원론 분야에서 태양계의 형성과 진화를 설명하는 데 있어 가장 널리 인정받는 가설이다. 이 가설은 태양계가 성운 물질에서 생겨났다고 가정한다. 이 이론의 최초 주창자는 이마누엘 칸트로 1755년 저작 《보편자연사 및 천공 이론》에서 소개하였다. 행성계 탄생 과정은 원래 태양계를 설명하기 위한 가설이었으나 현재는 전 우주에 걸친 보편적 현상으로 인정받고 있다. 널리 인정된 현대 변종(變種) 성운이론은 태양성운원반모형(solar nebular disk model, SNDM) 또는 태양성운모형(solar nebular model)이다. 이 이론은 행성들의 공전궤도가 원 모양에 가깝고 거의 같은 공전면 위에 놓여 있으며 공전방향이 태양의 자전 방향과 같다는 사실 등 태양계의 다양한 특징을 설명해 준다. 최초 성운가설을 구성하는 요소들 중 일부는 현대 행성탄생 이론에서 다시 등장했으나 대부분은 대체 되었다.
튀코 브라헤
튀코 브라헤는 1587년과 1588년에 두 권으로 만들어진 새로운 천문학 입문 (Astronomiae Instauratae Progymnasmata)를 펴냈다. 이 책에서는 그의 우주모델인 코페르니쿠스의 체계와 프톨레마이오스 체계의 타협을 시도한 절충설이 제시되어 있었다. 그는 지구가 중심이 아니고 태양이 중심이라는 것을 매우 비판하였다. 그는 지구가 움직인다는 주장을 '물리적 어리석음'이라 펌하했다. 만약 지구가 움직인다면 탑에서 떨어진 공이 예상했던 곳에서 떨어진 곳에 떨어져야 한다고 확신했기 때문이었다. 하지만 그는 그 당시의 기술로는 하늘이 도는 것이 아니라, 지구가 돌고 있다는 것을 증명해 줄 수 있는 정확한 과학적 근거를 보여주지 못하였다. 또한 그는 코페르니쿠스의 지구 자전운동도 터무니없는 주장이라고 생각하였다. 왜냐하면 만약 지구가 자전한다면, 서쪽으로 발사한 포탄이 동쪽으로 발사한 포탄보다 멀리가야 하는데, 이 역시 그 당시의 기술로는 너무 지구의 크기에 비하여 작은 거리 차이기 때문에 튀코는 그 사실을 알아채지 못하였다. 그리고 그는 지구는 너무 무겁기 때문에 절대로 돌 수 없다고 주장하였다. 그 당시에는 우주는 에테르와 Quintessence라는 가볍고도 바뀌지 않으면서 항상 원운동을 하고 있는 물질들로 이루어져 있지만, 지구는 그와는 정반대로 무겁고 정지되어있는 물질로 이루어져 있다고 생각하였다. 이러한 과학적 사고의 한계는 코페르니쿠스와 튀코의 생각을 한정지어버렸다.
일반적인 오해 목록
보통 지동설을 주장한 사람으로 니콜라우스 코페르니쿠스가 통설이다. 그러나 코페르니쿠스보다 무려 1,700여 년이나 앞서서 지동설을 주장한 사람이 있었다. 고대 그리스의 천문학자 아리스타르코스였다. 코페르니쿠스도 아리스타르코스가 지동설을 주장했다는 사실을 알고 있었고, 책의 원고에도 그 사실을 썼지만, 실제로 출판했을 때는 그 내용을 삭제했다. 지구가 둥글다는 주장은 이미 피타고라스가 이미 주장했었으며, 아리스타르코스는 피타고라스의 가설을 받아들여 지구가 자전하면서 태양의 주위를 돈다고 주장했지만, 받아들여지지는 않았다.
태양중심설
요하네스 케플러(Johannes Kepler, 1571.12.27~1630.11.15)는 덴마크의 천문학자 티코 브라헤(Tycho Brahe, 1546~1601)의 정확한 천문 관측 데이터를 바탕으로, 행성의 운동에 타원궤도를 도입하여 1609년 「신천문학(Astronomia Nova)」에 행성의 운동 속도에 대한 두 가지 법칙을 발표했다. 케플러의 제 1법칙은 "행성은 태양을 초점으로 하는 타원을 따라 돈다.", 제 2법칙은 "태양에서 행성까지 연결한 선은 동일한 시간에 동일한 면적을 쓸고 지나간다"는 것이다. 또한 10년 뒤 1619년에「세계의 조화(Harmonice Mundi)」에서 "행성의 주기의 제곱에 대한 행성궤도의 평균 반지름의 세제곱의 비율은 태양계 내의 모든 행성들에 대해 일정하다."는 제 3법칙을 발표했다. 케플러의 세 법칙으로부터 천체는 등속원운동을 해야 한다는 굴레에서 벗어났으며, 주전원, 이심 등이 필요하지 않게 되었다. 이로써 우주의 구조는 기하학적 도형과 간단한 속도법칙에 의해 행성의 운동이 거의 완전히 기술할 수 있게 된 것이다.
코페르니쿠스 혁명
젊은 케플러는 튀코 브라헤의 천문대에서 관측사로 일했는데, 브라헤의 조수였던 롱고몬타누스가 실패했던 화성의 궤도를 계산하는 일을 담당하게 되었다. 케플러가 이 일을 담당한 직후 브라헤가 사망하게 되었고 케플러는 브라헤가 남겨 놓은 엄청난 양의 정밀관측 자료를 토대로 화성의 궤도를 계산하였다. 케플러는 코페르니쿠스가 제안한 작은 주전원을 이용하여 튀코 브라헤의 관측 결과에 합치시키기 위해 무려 70번이나 계산을 하였다. 케플러는 이러한 계산 결과를 1609년에 출간하였으며, 이 결과는 《원인들에 근거한 새로운 천문학 혹은 화성의 운동에 대한 주석을 토대로 주창된 천체 물리학》이라는 책에 실렸다. 이 책은 코페르니쿠스로부터 시작된 태양중심설을 완성하였다.
지구중심설
프톨레마이오스 체계는 당시로서는 매우 뛰어난 것이며, 지구를 중심으로 가정하여 행성 및 태양의 운동을 설명하는데 더이상의 것은 없을 정도다. 만약 태양계의 행성 운동이 모두 타원이 아니라 원운동이었다면, 프톨레마이오스 체계에서 행성의 운행을 거의 완벽하게 설명할 수 있다. 그러나 후에 밝혀진대로, 사실 행성은 태양을 초점 중의 하나로 두는 타원운동을 하고 있으며, 이후의 천동설은 타원운동을 원운동으로 설명하기 위한 방향으로 발전했다.
외계생명
세계에서 가장 먼저 외계 생명의 존재를 주장한 사람 중에서는 16세기 이탈리아의 철학자 조르다노 브루노가 있다. 그는 우주는 무한하므로 지구 말고도 많은 행성계가 있으며, 그곳에도 지구처럼 생물이 존재할 것이라고 주장했다. 아울러 갈릴레이와 코페르니쿠스 같은 당대의 유명한 학자들도 우주는 무한히 넓기 때문에 다른 생물체가 살고 있다고 강력히 주장했다.
교황 바오로 5세
바오로 5세는 로베르토 벨라르미노가 그의 명령에 따라 코페르니쿠스의 태양중심설을 고수하거나 변호하지 말라고 경고한 이후인 1616년에 갈릴레오 갈릴레이를 만났다. 태양중심설 자체를 아예 강단에서 가르치지 말라는 명령까지 있었는지 여부에 대해서는 논쟁의 여지가 있다. 벨라르미노가 갈릴레오에게 보낸 편지에는 단지 태양중심설을 고수하거나 변호하지 말라는 지시만이 있었다. 이 편재 내용은 벨라르미노와 만난 것에 대한 무성한 소문에 대해 갈릴레오가 스스로를 방어할 수 있도록 명시적으로 작성되었다.
천구의 회전에 관하여
한 편, 태양중심설의 지지자였던 요하네스 케플러는 이 무명의 서문에 무척 분노했는데, 그 이유는 코페르니쿠스 자신도 태양중심설이 실제 태양계의 구조를 설명한 것이지 단순한 수학적 계산을 위한 장치가 아니라는 것을 알고 있었다고 생각했기 때문이다.
니콜라우스 코페르니쿠스
니콜라우스 코페르니쿠스( / / , 1473년 2월 19일 - 1543년 5월 24일)는 당시 진리처럼 믿어온 지구중심설(천동설)의 오류를지적하고 태양중심설(지동설)을 주장하여 근대 자연과학의 획기적인 전환, 이른바 '코페르니쿠스의 전환'을 가져온 폴란드의 천문학자이다. 여러가지 이름 표기는 그가 태어난 곳(폴란드)과 그의 모국어(독일어) 그리고 그가 즐겨 쓴 라틴어를 감안하여 세가지 언어로 표기한다. 인공원소 코페르니슘의 이름이 코페르니쿠스의 이름을 따 지어졌다. 그는 라틴어, 폴란드어, 독일어, 그리스어, 그리고 이탈리아어를 모두 말할 수 있었다.
코페르니쿠스 혁명
코페르니쿠스는 《천구의 회전에 관하여》에서 행성들과 그 궤도는 단지 한 개의 중심인 태양이 있고, 지구는 우주의 중심이 아니라 달의 궤도와 중력의 중심일 뿐이라는 태양 중심 우주론(지동설)을 주장하였다. 그의 우주론은 프톨레마이오스의 지구 중심 우주론에서 지구와 태양의 위치를 바꾼 것으로, 그 동안 천문학에서 문제시되었던 점을 아래와 같이 해결하였다.그러나 코페르니쿠스의 우주 체계는 여전히 행성들의 원운동을 강력하게 고수하였으나, 우주가 천체들이 붙어 있는 투명한 수정구로 겹겹이 둘러쌓여 있다는 점을 의심하지 않았다. 게다가 그는 여전히 주전원과 이심원의 조합을 사용하였고, 아리스토텔레스의 물리학도 적용하고 있었다.
성단
우리 은하에서 구상 성단은 은하 중심부 근처에 있는 은하 헤일로(은하 중심을 높은 이심률을 지니면서 공전) 주변에 구형에 가까운 형태로 분포해 있다. 1917년 천문학자 할로 셰플리는 구상 성단의 분포를 이용하여 은하 중심과 지구 사이 거리를 구할 수 있었다. 셰플리의 연구 이전에는 태양계가 우리 은하에서 어느 정도 위치에 있는지 정확히 밝혀지지 않았다.
지구중심설
오랜 옛날부터 많은 학자들이 우주의 구조에 대해 생각해왔다. 고대 그리스에서는 아리스토텔레스와 에우독소스는 지구가 우주의 중심에 있고 모든 천체가 지구 주위를 공전한다고 주장했지만, 에크판토스는 지구가 우주의 중심이지만 자전하고 있다고 주장했으며, 필롤라오스(Philolaus)는 지구도 태양도 우주의 중심은 아니지만 자전과 공전을 하고 있다고 주장했고, 아리스타르코스는 우주의 중심에 있는 태양 주위를 지구가 공전하고 있다고 주장했다.
항성운동학
고속별들은 우리 은하의 중심 주변을 원형에 가깝게 공전하는 태양 또는 그 주변의 대부분의 별들의 운동과 상이한 매우 늙은 별들이다. 더 정확히 말해서, 이들은 타원 궤도로 운동하여 종종 우리 은하의 은하면 바깥으로 크게 벗어난다. 우리 은하에서 이들의 궤도 속도는 태양보다 빠르지는 않지만, 경로가 달라 높은 상대속도를 띠게 된다.
갈릴레오 갈릴레이
갈릴레오는 1613년 태양과 천체는 변할 수 있다는 주장을 지지해주는, 태양의 흑점에 대해 설명한 《흑점에 관한 편지들》()이라는 저서를 출간하였다. 이것은 또한 천동설을 완전히 반박하고 17세기의 지동설에 대한 전환을 증진시킨 그의 금성 전체 형상을 망원경으로 관측한 사실이 쓰여있다. 1615년 갈릴레오는 1636년까지 발표되지 않은 형식의 《크리스티나 공작부인에게 보내는 편지》()라는 원고를 준비하였다. 이것은 코페르니쿠스주의를 물리적인 사실이며 성서와 일치한다고 옹호함으로써 신학에 대한 침범이라 하여 비난받았고, 조사를 받고 있던 《》의 개정판이었다. 1616년에 갈릴레오에 대한 재판에 의해 갈릴레오가 더이상 코페르니쿠스의 지위를 옹호하거나 고수하지 말라는 지시가 내려진 후에, 갈릴레오는 코페르니쿠스적 지구에 입각한 조석현상에 대한 논문인 《()》을 썼다. 1619년 혜성의 해석을 두고 예수회와 논쟁하면서, 갈릴레오의 제자 마리오 귀두치(Mario Guiducci)는 《혜성에 관한 논설》()이라는 제목의 책을 발간했는데, 이것은 갈릴레오의 강의를 정리한 것이었다.
천문학사
해양의 개발에 따라 개원된 과학 혁명 시대 (15세기 중엽 ~ 17세기 중엽)에는 원양 항해의 안전을 보증하기 위하여 항해력(航海曆, 천체 위치 추산표)의 개정이 급선무가 되었다. 종래 교황청의 교의의 하나로서 그 권위를 인정해 왔던 지구 중심설은 항해력 제작을 위해서는 반드시 정당한 기초 이론이라고는 할 수 없다는 것을 알게 되었다. 그래서 코페르니쿠스는 태양중심설을 채택하여 우주 체계를 전개했다. 이 설에서는, 모형적으로는 중심 천체로서 지구 대신 태양을 바꿔 놓은 것뿐이지만, 행성의 시운동을 간단명료하게 설명할 수가 있었다. 그러나 공전 궤도의 모양을 종래와 같이 원형으로 보았기 때문에 항해력의 개량은 예기되었던 정도는 아니었다.
우주
갈릴레오 갈릴레이가 망원경을 이용하여 목성의 갈릴레이 위성을 관측하면서 지구중심설에 의문이 제기되었고[17], 이후 코페르니쿠스가 태양중심설을 주장하였다.[29] 요하네스 케플러는 티코 브라헤의 관측 자료를 바탕으로 케플러의 행성운동법칙으로 태양계에서의 행성 운동을 설명하였고,[30] 이에 착안하여 아이작 뉴턴이 만유인력의 법칙을 발견하면서 고전역학에 의한 우주론이 확립되었다.[31]
과학혁명의 구조
예를 들어 쿤의 코페르니쿠스 혁명에 대한 분석은 처음에는 태양중심설이 천체 현상에 대한 지구중심설보다 더욱 정확한 예측을 제공하지 못하였으나, 미래의 어느 시점에서 발전할 더 나은, 더 간결한 해결책의 전망을 가진 실행자에게는 매력적인 이론이었다는 것을 강조하였다. 쿤은 우세한 혁명의 대한 핵심적 개념을 패러다임이라고 불렀으며, 이 단어를 20세기 후반에 광범위한 분석 활동에 활용하게 하였다. 패러다임의 전환은 사회학, 맹신, 과학적 전제의 혼합이며, 논리적으로 명확한 과정이 아니라는 쿤의 주장은 대단한 논쟁을 일으켰다. 쿤은 제2판의 1969년 후기에서 우려를 표한 바가 있다. 일부 평론가는 쿤의 책은 과학의 핵심에 실제적인 인문주의를 도입한 것으로 평가하는 반면, 다른 평론가는 가장 위대한 성취의 중심에 비이성적인 요소를 도입하여 과학의 고귀함을 파괴했다고 평가한다.
천구의 회전에 관하여
"교황 바오로 3세에게 드리는 서문과 헌정 
거룩하신 교황 성하! 제가 이 책에서 태양중심설을 주장한다는 사실 때문에 일부 사람들이 저를 비난하고 있음을 잘 알고 있습니다. 
천구의 회전에 관하여
《천구의 회전에 관하여》에서 코페르니쿠스가 주장한 태양중심설은 정확히 어느 곳이 우주의 중심인가에 대해서는 애매한 입장을 취하고 있다. 코페르니쿠스는 별들이 멀리 떨어진 둥근 모양의 껍질에 있다고 믿었기 때문에, 이는 곧 지구의 공전궤도가 별들을 기준으로 했을때 깔끔하게 중앙에 위치하는지(이 경우 태양은 약간 중심에서 벗어난다), 아니면 태양 자체가 완전한 중심이어서 지구가 6월보다는 1월에 별로 이루어진 껍질에 더 가까이 가게 되는지에 대한 질문으로 연결되었다.
중세의 우주론
이 책에서 알 수 있듯이 코페르니쿠스는 고대 철학자들이 주장하였고 믿어져왔던 천동설, 즉 지구가 우주의 중심이며 다른 천체들은 천구에 박힌 채로 지구를 돌고있다는 이론을 부정하고 지구가 태양의 주위를 공전하며 태양이 우주의 중심에 있다고 하는 이론을 주장했으며, 이를 논할 때 관측 자료에 근거한 이론은 적었고 오히려 우아함에 의존한 이론 위주였다.
고대 그리스 천문학
BC 3세기에 아리스타르코스는 우주의 중심에 지구가 아닌, 태양을 가운데 놓는 태양계의 태양 중심 모형인 다른 우주론을 제안하였다.(따라서 그는 '그리스의 코페르니쿠스'로 알려져 있다.) 그의 천문학적 견해는 잘 받아들여지지 않았지만, 어떤 이들에게 일부 참조만 되었다. 아리스타르코스의 추종자는 셀레우쿠스 한 명만이 전해져 내려온다.
코페르니쿠스 혁명
튀코 브라헤도 처음에는 수학적인 간결성으로 코페르니쿠스의 우주 체계에 호감을 가졌지만, 지구의 회전이 당시의 물리학 지식으로 볼때 불합리할 뿐만 아니라 성서적 믿음과도 부합하지 않는다고 생각하여 거부하였다.
니콜라우스 코페르니쿠스
고대 그리스의 철학자들은 지구를 중심으로 하늘의 천체들이 등속 원운동을 한다고 믿었다. 왜냐하면 원운동은 시작도, 끝도 없이 영원히 계속될 수 있다고 생각했기 때문이다. 그러나 이런 이론적 요구를 실제로 만족시키기는 매우 어려웠다. 우선 태양의 궤도가 문제였다. 사계절의 길이는 사람들이 생각한 것처럼 각각 약 91.25일이 아니라, 봄(춘분부터 하지까지)은 92.75일, 여름(하지부터 추분까지)은 93.75일, 가을(추분부터 동지까지)은 89일로 각각 다르다. 이를 통해 우리는 처음의 가정을 부정하여 태양의 운동 속도가 일정하지 않거나 태양의 궤도면이 지구를 중심으로 하지 않을 수도 있다고 추측해 볼 수 있었다.
코페르니쿠스 혁명
주전원의 숫자는 비록 줄어들었지만, 엄밀하게 따져볼 때 그의 태양중심설은 단순성이나 정확성 면에서 프톨레마이오스의 지구중심설보다 크게 나아진 것이 없었다.
니콜라우스 코페르니쿠스
코페르니쿠스는 행성의 궤도에 대한 프톨레마이오스의 모델이 행성들의 위치를 잘 예측해주기는 하였지만, 아리스토텔레스가 정립해 놓은 원칙에서 많이 벗어나 있음을 깨달았다.
초신성
히파르코스의 붙박이별에 대한 관심이 초신성 관측에 영향을 끼쳤을 수 있다(플리니우스에 따름).[10] 최초로 기록된 초신성인 SN 185는 서기력 185년에 중국의 천문학자들이 관측하였다. 기록된 초신성 중 가장 밝은 초신성이었던 SN 1006은 중국과 이슬람 천문학자들이 상세하게 묘사하였다.[11] 세계적으로 널리 관측된 초신성 SN 1054는 게 성운을 만들어냈다. 우리 은하에서 육안으로 관측된 가장 최근의 초신성인 SN 1572와 SN 1604는 달과 행성 너머의 우주는 불변하다는 아리스토텔레스적 우주관을 공박하는 증거로 사용됨으로써 유럽 천문학의 발전에 엄청난 영향을 끼쳤다.[12] 카시오페아자리에서 발견된 SN 1572는 튀코 브라헤가 관측하였으며,[10] 동 세대 두 번째 초신성이었던 SN 1604는 요하네스 케플러에 의해 1604년 10월 17일부터 연구되었다.[13]
천구의 회전에 관하여
코페르니쿠스는 태양을 우주의 중심에 놓고 지구가 그 주위를 돈다는 태양중심설을 주장하였다. 그렇게 하게 될 경우 천체들의 움직에 관한 계산이 훨씬 간단해진다는 것이 그 이유였다. 예를 들어, 주전원과 같은 기하학적으로 복잡한 개념을 포함하는 지구중심설보다 계산이 더 간편해진다는 것이다. 실제로 이런 내용은 그가 이에 관해 쓴 노트 짧게 기록되어있다.
사실 이 짧은 노트가 '천구의 회전에 관하여'의 전신이 되었다.
기독교 비판
갈릴레오 갈릴레이가 “그래도 지구는 돈다”라고 말했다는 것은 후대에 지어진 이야기일 뿐이고, 1633년 6월 22일 종교재판 판결문 전문 과 갈릴레이가 작성한 지동설 철회문이 알려져 있기는 하지만 갈릴레이가 당시 교회에 의해 지지되던 프톨레마이오스의 지구 중심설을 부정하고 태양 중심설을 주장하였기 때문에 교회로부터 직접적인 탄압을 받았다는 이야기 역시 후대에 과장된 것이라고 한다. 그러나, 교회가 신학적인 이유를 들어 코페르니쿠스를 비롯한 여러 과학적 발견에 대해 부정한 것은 분명한 사실이다. 《천구의 회전에 관하여(De revolutionibus orbium coelestium)》가 발간되자 개신교는 즉각 반발하였으며, 로마 가톨릭도 1616년 교황청의 금서 목록에 올렸다가 1758년 해제하였다.
정다면체
16세기에 독일의 천문학자 케플러는 당시 알려져 있던 지구 밖 5개의 행성들과 플라톤의 다면체와의 관계를 찾기 위해 노력했다. 1596년 출간된 그의 책 Mysterium Cosmographicum에서 케플러는 5개의 정다면체가 내접원과 외접으로 둘러쌓인 태양계의 모델을 제시했다. 6개의 구들은 각각 행성들에 대응한다.(수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성) 다면체들은 가장 안쪽에서 부터 정8면체, 정20면체, 정12면체, 정4면체, 정6면체 순이다. 이런 식으로, 태양계의 구조와 행성간의 거리관계는 플라톤의 다면체에 의해 기술되었다. 결국에, 케플러의 초기 아이디어는 파기되었지만, 그의 연구를 통해 행성의 궤도가 원이기 보다 타원임이 밝혀졌고, 케플러의 법칙을 발견함으로써, 물리와 천문학의 판도를 바꾸었다. 거기다 케플러의 다면체도 발견하였다.
은하
은하수의 실제 모습과 태양이 은하수 내에 어디에 위치하는 지를 알아내려는 시도는 윌리엄 허셜에 의해 처음으로 이루어졌다. 1788년 허셜은 밤하늘의 각 방향에 존재하는 별들의 수를 세어, 어두운 별은 먼 거리에 있다는 가정을 바탕으로 별들의 분포를 구하려고 시도했다. 그 결과, 항성은 은하수에 가까울수록 많이 분포해있다는 것을 발견했고, 태양은 은하의 중심부분에 위치한다고 결론을 내렸다.[15] 1920년에는 네덜란드의 야코뷔스 캅테인이 허셜의 방법에 따라 더 정교하게 관찰하였고, 우리 은하의 직경은 약 15kpc이며, 허셜과 마찬가지로 태양은 거의 중심에 있다고 주장하였다. 한편 미국의 할로 섀플리는 구상성단의 분포가 궁수자리 방향이 집중되어있기 때문에, 우리 은하는 지름이 약 70kpc인 편평한 원반이며 태양은 그 외곽에 위치한다고 주장했다.[16] 실제로는 성간물질에 의한 빛의 흡수 효과를 고려하지 않았기 때문에 은하계의 크기에 대한 의견은 모두 올바른 값이 아니었지만, 태양계가 원반 모양의 우리 은하 외곽에 있다는 섀플리의 주장은 오늘날에도 올바른 것으로 여겨진다.
태양중심설
태양중심설(太陽中心說, )은 천문학에서 태양이 우주의 중심이고 지구는 태양의 주위를 도는 천체 중 하나라는 이론이다. 지동설(地動說)이라고도 한다. 이는 현대 천문학으로 계승되면서 태양 또한 우주의 중심이 아닌 태양계의 중심이며, 우주에는 무수히 많은 항성계와 은하가 존재함이 밝혀졌다.
니콜라우스 코페르니쿠스
첫째, 프톨레마이오스 모델에서와 같이 태양과 달을 포함하여 각각의 행성들이 주전원을 그리면서 지구의 중심에서 약간 벗어난 궤도를 따라 돌고 있다고 하면 우주를 총체적이고 일관되게 설명할 수 없다.
등주부등식
이 문제는 개념 상 물리학에서의 최소 작용의 원리와 관련되어 있다. 그래서 등주문제는 최소 노력으로 최대 면적을 둘러싸는 작용의 원리는 무엇인지에 대한 질문과 같다고 볼 수 있다. 15세기 철학자이자 과학자인 니콜라우스 쿠자누스 추기경은 세계가 만들어진 방식을 가장 직접적으로 반영했다고 생각한 회전 운동, 즉 원이 만들어지는 방식에 대해 생각했다. 독일의 천문학자이자 점성술사인 요하네스 케플러는 '우주의 신비(Mysterium Cosmographicum-The Sacred Mystery of the Cosmos, 1596)에서 태양계의 형태학을 다루는데 등주의 원칙을 적용했다.
중세의 우주론
행성들은 태양을 한 초점으로 두는 타원운동을 한다는 이 법칙은 이전에 행성이 태양을 중심으로 원운동한다고 믿어왔던 것을 뒤집은 법칙이다. 이 법칙으로 소원, 이심을 비롯한 초기 우주모델의 복잡다단한 요소들이 제거되었고, 중첩된 입방체라는 케플러의 초기 신비주의적, 기하학적 우주모델도 철퇴되었다. 케플러의 전체적 사상은 1609년 "새로운 천문학Astronomia Nova"에 출간되었다.
케플러의 행성운동법칙
케플러의 제3법칙은 주기의 법칙이라고도 불린다.
이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.
여기서
이다. 좀 더 비례 관계를 명확히 하면,
이다. 여기서
이다. 태양계에서 행성은 태양에 비해 훨씬 더 가벼우므로 (formula_18), 다음과 같이 근사할 수 있다.
따라서, 태양을 중심으로 하는 태양계 안의 모든 행성에 대해선 formula_20의 값이 모두 같다.
중세의 우주론
그는 그는 지구가 움직인다는 주장을 '물리적 어리석음'이라 폄하하였는데 만약 지구가 움직이고 있다면 높은 탑에서 떨어뜨린 돌이 떨어지는 동안 지구가 움직이는 까닭에 탑의 한 귀퉁이가 아니라 그보다 먼 곳에 떨어질 것이라 확신하였기 때문이다.(이는 그의 전근대적인 면을 보여준다.) 또한, 그가 초신성을 연구할 때에 당시 기술로 연주시차를 관측할 수 없었기 때문에 지구가 움직이는 것은 틀리다고 주장하였다. 그러나 또한, 그는 코페르니쿠스의 우주모델이 수학적으로 어떤 결함도 없기 때문에 그 모델에 대해 애착을 가졌고 연주시차가 관측되지 않는다는 것을 코페르니쿠스의 이론으로 설명하기 위해서 별들이 토성보다 훨씬 더 멀리 위치해있어야 한다고 주장하였다. 이에 따라 그는 지구가 우주의 중심이고 이를 고정점으로 하여 태양, 달, 다른 행성들이 돈다는 이론인 프톨레마이오스 체제도 아니고 태양을 중심으로 지구와 다른 행성들이 돌고 있다는 코페르니쿠스 체제도 아닌 타협안을 제시하였다. 
아낙시메네스
아낙시메네스는 지구가 평평한 모습이라고 생각했으며, 태양 따위의 천체들은 지구 주위를 맴돈다고 보았다.
행성의 정의
그리스-로마 시대의 우주론은 행성의 숫자를 보통 일곱 개로 잡았는데, 이는 그리스인들의 다섯 천체에 태양과 지구의 자연 위성 달을 첨가한 결과이다.(이는 근대 점성술에서 여전히 통용되는 개념이다) 그러나 많은 고대 천문학자들은 다섯 개의 '별 비슷한' 행성들을 태양 및 달과 구별했다. 19세기 독일의 자연주의자 알렉산더 폰 훔볼트는 그의 노작 코스모스("Cosmos")에 다음과 같은 문구를 남겼다.
니콜라우스 코페르니쿠스
13세기 초, 영국의 천문학자 존 오브 할리우드는 파리에서 활동하면서 라틴어식 이름인 요하네스 시크로보스코라는 필명으로 ‘천구’라는 책을 썼다. 그 책은 기본 교재로서 인기가 있었다. 하지만 이 책에는 행성들의 운동에 대한 설명이 거의 없다. 그래서 다음 세대인 13세기 중엽이 되자 좀더 발전된 교재인 캄파누스가 쓴 ‘행성의 도구’가 등장했다. 이 책은 프톨레마이오스의 이론이 어떻게 작용하는지를 간단한 역학적 방법으로 설명해 놓았다.
지구중심설
프톨레마이오스 체계는 지구에서 달, 수성, 금성, 태양, 화성, 목성, 토성을 차례로 겹쳐놓았다. 튀코는 태양 주위를 수성과 금성이 회전하게 했다. 외행성의 경우에는 이심원과 주전원의 크기가 반전되었으며, 지름이 커진 주전원끼리 원래의 프톨레마이오스 체계에서 이심원끼리 겹쳐져있었던 것처럼 겹치게 되었다.
튀코 브라헤
프톨레마이오스 의 체계는 흔히 천동설이라 불린다. 천동설은 지구가 우주의 중심으로 지구를 중심으로 모든 천체가 공전하는 우주모델을 말한다. 옛날 사람들은 당연하게 땅은 움직이지 않고 하늘이 회전한다고 생각하였다. 그 이후 중세 봉건시대에서 우주를 신이 창조했다고 믿었으며 천체는 둥글고, 고귀하기 때문에 지구는 중심을 차지하며, 조화되어 있기 때문에 등속운동을 하고 있다는 전제를 두었다. 그리고 이곳에 지구 구형설과 지구 중심설이 존재했다.
기원전 4세기 정도에 지구가 둥글다는 사실이 받아들여졌다. 그 후 이런것을 토대로 지구 중심설의 모델을 수정해 나가기 시작하였다. 페르게의 아폴로니오스는 태양, 달의 부등속을 설명하기 위해 이심원을 채용하였다. 뿐만 아니라 주전원을 도입하여 행성의 역행과 지구접근에 대한 설명을 가능케 하였다.
A.D.2년에 이르러서 클라디우스 프톨레마이오스가 지구 중심설을 이용하여 우주에 대한 현상을 체계적으로 설명한다. 즉, 천동설을 구체화하였다는 것이다. 프톨레마이오스의 체계는 다음과 같다.
니콜라우스 코페르니쿠스
이탈리아 유학시기에 접한 플라톤주의와 고대문헌 조사의 영향으로 태양중심설을 구상하게 된 코페르니쿠스는 레기오몬타누스가 쓴 프톨레마이오스 체계에 대한 핵심적 문제제기가 실린 책 을 접하고 자신의 우주 모델에 대한 개략적인 생각을 더욱더 발전시켜나갔다. 그 후 1510년에 태양 중심의 천문체계의 기본적인 틀을 완성했으며 그로부터 얼마 지나지 않아 라는 제목이 붙은 짧은 요약본 형태의 원고를 지인들에게 돌렸다.
겉보기 역행 운동
그러한 역행들 간의 기간은 관측하는 행성의 회합 주기에 부합한다.
겉보기 역행은 고대인들에게 수수께끼였으며, 그러한 천체들이 "행성들(planets)"이라고 이름 지어진 한가지 이유가 되었다.: ""플래닛"'(Planet)"은 그리스어로 "방랑자"를 뜻하는 단어에서 파생되었다. 태양계의 지구중심적 모형에서, 역행 운동은 행성이 이심원과 주전원으로 이동한다는 것으로 설명되었다. 코페르니쿠스의 생애 때까지 그것이 오인이라고 여겨지지 않았다. 옆의 움직이는 그림은 2003년에 물병자리를 배경으로 일어난 화성의 역행 운동을 보여준다.
지구중심설
16세기에 니콜라우스 코페르니쿠스가 지동설을 주창한 뒤에도 천동설을 위협하는 사건은 계속되었다. 신성이 관측되어 별에서도 변화가 일어난다는 것이 발견되었는데, 이것은 달보다 먼거리에서는 어떠한 변화도 일어나지 않는다는 아리스토텔레스적인 우주관에서 큰 문제가 되었다. 또한 튀코 브라헤가 혜성을 관측하여 달보다 먼 곳에 있다는 것을 증명하여 격렬한 논쟁을 낳았다. 대부분은 혜성을 기상현상으로 생각했기 때문이었다.
구상성단
또한 섀플리의 계산 결과, 태양은 그전까지 알려져 있던 것보다 은하중심에서 더 멀리 떨어져 있었다. 그전까지는 일반적인 별들의 고른 분포를 통해 태양의 상대적 위치를 알아냈었다. 이렇게 된 것은 별들은 은하원반에 분포하기 때문에 가스와 먼지에 의해 소광이 발생하는 반면, 구상성단들은 원반 위에 떠있기 때문에 소광이 덜해 훨씬 먼 거리에 있어도 볼 수 있기 때문이었다.
지구중심설
모든 행성이 동일한 평면에 있는 태양을 중심으로 하는 원궤도를 등속운동하고 있는 경우, 지구에서 본 행성의 운동은 원궤도와 하나의 주전원만으로 기술할 수 있을 것이다. 그러나 현실의 행성 운동은 그렇게 되어있지 않기 때문에, 행성의 운동을 천동설에서 정확하게 기술하기 위해서는 보다 복잡한 체계가 필요해진다. 따라서 히파르코스 이후 프톨레마이오스를 시작으로 다양한 천동설 모델이 제창되었고, 결국에는 지동설의 코페르니쿠스, 케플러를 거쳐, 아이작 뉴턴의 만유인력의 법칙에 따른 우주 모델에 이르게 된다.
그룸브리지 1830
그러나 실제로 우리 은하 중심에 대하여 공전하는 천체는 태양으로, 그룸브리지 1830과 같은 헤일로 별들은 은하의 회전 운동을 따르지 않는다. 따라서 태양에서 바라본 그룸브리지 1830은 실제로는 태양이 움직이는 것임에도 불구하고, 지구 관측자의 눈에는 빠른 속도로 은하 공전 방향과 반대로 움직이는 것처럼 보인다.
크리스티안 하위헌스
내가 이 새 행성이 16일을 주기로 토성을 돈다는 것을 발견했을 때 나는 의심의 여지없이 토성이 그 자신만의 축을 중심으로 더 적은 시간을 주기로 돈다고 생각했다. 훨씬 전에도 나는 다른 원시 행성들이 자신만의 축을 중심으로 돈다는 면에서 지구와 같다고, 그래서 한 번에 한 부분씩 돌아가며 전체 행성의 표면이 태양 빛에 기뻐한다고 항상 믿어왔었다; 그리고 이보다 더, 나는 일반적으로 이 세계의 거대한 구체들의 정렬은 작은 구체들이 그들 자신을 중심으로 돌고 이 작은 구체들보다 더 짧은 주기를 지닌 회전 운동을 한다고 믿었다. 따라서 태양은 그의 흑점이 보여주듯이 그만의 축을 중심으로 약 26일을 주기로 돈다; 하지만 지구를 포함한 태양 주위의 다양한 행성들은 거리에 따라 변하는 주기로 행로를 돈다. 지구는 하루를 주기로 하는 행로를 돌며, 지구 주위를 달이 한 달을 주기로 돈다. 목성 주위의 네 작은 위성들도 거리가 감소할수록 속도가 증가한다는 같은 법칙 아래 돈다. 따라서 우리는 목성과 가장 가까운 위성이 목성을 도는데 이틀보다 적은 시간을 필요로 하는 것으로 보아 목성이 아마 24시간 보다 더 짧은 시간을 주기로 돌 것이라고 결론 내려야 한다. 이러한 모든 사실들로부터 알 수 있듯이, 토성 역시 비슷한 운동을 가짐이 틀림없다고 결론 내렸다. 하지만 내게 토성의 위성의 회전 운동 속도에 대한 정보를 주었던 것은 바로 나의 관찰이었다. 그 위성이 궤도를 16일에 한 바퀴 돈다는 사실은 그 위성의 궤도의 중심에 있는 토성이 그보다 더 적은 시간에 한 바퀴 돈다는 결론에 이르렀다. 게다가, 다음 결론 역시 일리가 있어 보인다; 토성과 그의 위성 사이에 있는 모든 천체가 같은 운동을 할 것이며 그것이 토성에 더 가까워질수록 토성의 속도에 더 가깝게 접근한다는 결론 말이다. 마침내, 다음이 결론지어진다: 부속물, 즉 토성의 팔은 구형체의 중심과 붙어 있어 그것과 같이 가거나 토성의 팔이 토성과 일정 거리만큼 떨어져 있어 토성의 속도와 많이 작지 않게 회전 운동을 한다는 결론 말이다. 게다가, 내가 이러한 사실들을 토성의 팔의 운동과 연결지어 생각하는 동안, 이러한 팔들은 1655년 나의 이전 관찰이 보여주었던 양상 아래 나타났다. 토성의 팔들은 일종의 축이 행성의 중심을 뚫고 지나간 것처럼 토성면을 따라 같은 곧은 직선으로 뻗어나가는 반면에 토성의 몸체는 매우 둥글었다; 비록 처음 그림에서 보이는 것처럼, 내가 쓰고 있었던 12피트 길이의 망원경을 통해 보아진 이 팔들은 구의 중심에서 행성면의 끝을 향해가면서 조금 더 두껍고 밝게 나타났다. 이 행성이 이 같은 양상을 매번 보여주기를 계속했을 때, 나는 토성과 그에 붙은 구체들의 회로가 짧다는 것을 이해했으며 이것이 토성이 다른 구체들에 의해서 동일하게 모든 면이 감싸지지 않으면 일어날 수 없다는 것을, 따라서 일종의 고리가 토성을 중심으로 에워싼다는 것을 이해했다; 어떠한 속도로 그것이 돎에는 상관없이 그것의 축이 고리의 면과 수직하다면 그것은 항상 우리에게 같은 양상을 보일 것이다.
행성
행성의 정의는 시대에 따라 계속 변해 왔다. 천문학이 발전하고, 특히 지동설이 받아들여지면서 태양과 달은 태양계의 행성에서 제외되었고 (그 이후에도 일요일과 월요일은 계속 있다), 그 이후인 20세기에는 태양계에 훨씬 다양한 천체가 존재한다는 것이 밝혀지면서 행성의 확실한 정의에 논란이 있었다. 2006년 국제천문연맹은 총회에서 행성을 “별 주위를 돌고, 구형을 유지할 만한 크기와 중력을 가졌지만, 위성이 아닌 천체”라는 새로운 정의를 초안으로 내세웠다. 이 초안에 따르면, 명왕성이 행성으로 유지되고, 케레스, 카론, 에리스(당시 이름은 “2003 UB”)가 태양계의 행성에 추가되어, 총 12개의 행성이 될 예정이었다. 그러나 많은 반발이 잇따랐으며, 8월 24일 태양계 안에 있는 천체에 국한하여 행성을 다음과 같이 정의하였다.
니콜라우스 코페르니쿠스
프톨레마이오스의 이론에 따르면, 태양은 원궤도를 따라 일정한 속력으로 움직인다. 하지만 그 원의 중심은 지구의 중심과 일치하지 않았다. 그 원은 지구에서 태양까지 거리의 약 3.5 퍼센트 정도 거리만큼 떨어진 곳에 놓여 있는 이심원이었다. 그는 태양이 이 이심원 궤도를 일 년에 한 번 회전하며, 이심원 궤도 자체가 지구 둘레를 하루에 한 번 회전하는 것으로 보았다. 즉, 이심원 궤도는 별들에 대하여 고정된 상태로 있으며, 태양의 이심원 궤도, 행성들의 궤도가 지구에 대하여 하루에 한 번 회전하는 것이다.
90377 세드나
브라운과 그 연구진은 세드나가 태양의 탄생성단의 항성으로 인해 세드나가 현재의 궤도를 가지게 되었다는 가설을 건호했다. 세드나의 원일점은 1,000 AU에서 살짝 모자란데 이는 장주기 혜성보다는 상대적으로 가까운 거리로서 지나가는 항성의 영향을 받기에는 충분히 멀지 않다. 연구진은 세드나의 궤도를 설명하는 가장 그럴듯한 가설은 태양은 탄생할 때 여러 항성들과 함께 태어나 산개성단을 이루었고, 시간이 지나면서 항성들이 흩어졌다는 것이라고 제안했다. 브라운 연구진 뿐 아니라 알레산드로 모르비델리와 스콧 제이 케니언도 이 가설을 발전시켰다. 줄리오 A. 페르난데스와 에이드리언 브루니니가 수행한 컴퓨터 시뮬레이션에서는 그러한 산개성단 환경에서 다수의 젊은 항성들이 옆을 지나가면 세드나와 같은 궤도를 가진 천체가 여럿 만들어진다는 결과를 내놓았다. 모르비델리와 레비슨은 세드나가 매우 가까운 거리(약 800 AU)를 지나간 다른 항성에 의한 섭동을 받았고 그 일은 태양계가 존재하기 시작하고 첫 1억 년 이내에 벌어졌다는 설이 세드나의 궤도에 관한 가장 가능성 있는 해석이라고 제안했다.
해왕성 바깥 천체 가설은 로드니 곰즈와 패트릭 리카우카를 비롯한 다수의 천문학자들에 의해 여러 차례 발전해 왔다. 세드나의 궤도 섭동에 관한 한 시나리오에서는 힐스 구름(내부 오르트 구름)에 가설상의 행성급 천체가 존재하여 그것이 섭동의 원인이라고 한다. 최근의 시뮬레이션에서는 세드나의 궤도가 거리 2,000 AU 이하의 해왕성급 천체, 또는 거리 5,000 AU의 목성급 천체, 심지어는 지구급 천체도 거리 1,000 AU에 있으면 섭동을 발생시킬 수 있다는 결과를 보여준다. 패트릭 리카우카가 수행한 컴퓨터 시뮬레이션에서는 지구 정도 크기의 천체가 태양계 형성 초기에 해왕성 너머로 튕겨나가면 현재는 태양으로부터 80 AU에서 170 AU 사이의 짜부라진 궤도를 돌게 된다는 결과가 나왔다. 마이클 브라운의 여러 차례의 전천탐사에서는 거리 100 AU 정도에 위치한 지구 체급의 천체는 찾을 수 없었다. 그러나 그 천체가 박살나서 태양계 바깥 쪽으로 흩뿌려지면서 내부 오르트 구름이 형성되었다는 설명도 가능하다.
니콜라우스 코페르니쿠스
코페르니쿠스는 짧은 해설서에서 우주에 대한 7가지의 새로운 상정을 다음과 같이 제시했다.《천구의 회전에 관하여(De revolutionibus orbium coelestium)》는 1543년 코페르니쿠스가 출판한 책으로 태양은 우주의 중심이며 지구는 태양 주위를 돈다는 태양중심설(지동설)에 관한 내용을 담고 있다. 앞서 쓴 ‘짧은 해설서’는 천구의 회전에 관하여의 전신이 되었으며 꾸준한 연구를 통해 코페르니쿠스는 자신의 우주모델에 관한 내용을 1532년 거의 마무리 지었다. 1539년 5월 수학자이며 천문학자였던 레티쿠스는 코페르니쿠스의 노트를 읽고 코페르니쿠스 체계에 관한 해설서를 집필해 1540년에 출판하였고, 노트를 책으로 출판해야 한다고 강력하게 주장했다. 결국 1542년부터 루터파 신학자 안드레아 오시안더의 감독 아래에서 인쇄 작업이 시작되었다. 그런데 책이 출판되기 전부터 마르틴 루터가 코페르니쿠스 모델에 반대하였다. ‘여호와가 그 자리에 서 있으라고 명령했던 것은 지구가 아니라 태양’이라는 말이 성경에 분명 써 있다고 맹비난을 퍼부었다. 루터주의자였던 오시안더는 책의 내용이 사람들에게 환영받지 못할 것이며 교회와 마찰을 일으킬 것이라 생각하여 코페르니쿠스의 허락 없이 코페르니쿠스의 체계는 ‘계산상의 편의를 위한 추상적인 가설에 지나지 않는다.’는 내용의 서문을 추가하기도 하였다.
천구의 회전에 관하여
이 책에서 코페르니쿠스의 성격이 드러나는데 그는 천체들이 현재의 개념처럼 공간 위에 떠있는 것이 아니라 천구에 박혀서 그 궤도를 따라서 운동한다고 하였다. 그러면 지구의 계절이 변하지 않는 문제가 발생하는데 그는 이를 세 번째 운동을 추가하여 자전축이 주기를 가지고 돈다고 했다. 그리고 이 주기를 공전 주기보다 약간 길게 하여 26000년 주기의 세차 운동도 잘 설명해냈다. 1권의 내용은 단순하고 미학적인 모델을 보여주었다.
천구의 회전에 관하여
1권에서는 태양중심설에 대한 내용을 다루고 있다. 그는 1권에서 프톨레마이오스가 제안했던 지구 중심 체계를 거부하고 중세까지 이어져 왔던 천체의 순서인 ‘지구-달-금성-수성-태양-화성-목성-토성’을 거부했다. 그리고 그는 태양 중심 체계에 따라 현재의 태양계 순서를 주장했다. 1권의 내용을 살펴보면 1에서 3장까지는 태양과 다른 천체들, 지구까지도 모두 외형이 둥글다는 내용을, 즉 모든 천체들은 완벽한 구 모양을 하고 있다는 내용을 담고 있다. 4장에서는 모든 천체들은 일정한 중심을 가지고 모두 등속 원운동을 한다고 하고 5장에서는 지구가 자전을 하면서 태양을 중심으로 원운동을 하고 있다는 주장, 태양 중심체계에 대한 주장을 드러내게 된다.
시데레우스 눈치우스
갈릴레오가 불완전한 달의 모습을 그린 그림들은 프톨레마이오스와 아리스토텔레스가 생각한 완벽하고 불변하는 우주의 모습과는 상반되었다. 《시데레우스 눈치우스》가 출판되기 전에는 코페르니쿠스식의 지동설 모형이 교회에서 수학적, 가설적으로 받아들여져 있었다. 하지만 갈릴레오가 코페르니쿠스식 모형을 이론이 아닌 실제로 여기며 말하자, 사람들은 혼돈스럽고 경건하지 못한 모형이라고 여겼다. 따라서 코페르니쿠스식 모형은 태양이 떠오르고 지구는 움직이지 않는다고 여기던 성서에 도전하는 것이라고 여겨졌다. 갈릴레오와 교회와의 다툼은 그가 교회에 잡혀감으로써 1633년에 끝났다.
니콜라우스 코페르니쿠스
현재 기록이 남아 있는 아리스타르코스(Aristarchos, 310?~230B.C.)의 유일한 저서는 『태양 및 달의 크기와 거리에 대해서』이다. 그는 별이 당시 사람들이 생각하던 것보다 훨씬 더 멀리 있다고 주장했으며, 한 별이 다른 별 주위를 도는 것과 같은 특정한 움직임을 보이지 않는다고 하였다. 이는 별이 너무 멀리 있어서 육안으로는 관찰하기가 힘들고 망원경을 통해서만 증명이 가능했다. 따라서 대중 사이에 쉽게 받아들여지지 않았다.
아리스타르코스는 삼각법을 이용하여 지구와 태양 사이의 거리가 지구와 달 사이의 거리의 18~20배라고 하였다. (실제로는 약 400배이다.) 또 그는 에라토스테네스가 사용한 방법을 사용하여 지구의 둘레를 측정하고 달과 태양에 대해서도 탐구하여 태양의 겉넓이와 부피를 알아내기도 하였다.
중세의 우주론
우주론의 역사 중 중세의 서양에서는 과거의 천동설을 수정하여 현대 우주론의 기반이 되는 변화가 일어났다. 니콜라우스 코페르니쿠스, 튀코 브라헤, 요하네스 케플러, 갈릴레오 갈릴레이, 아이작 뉴턴을 거치며 과거의 지구가 우주의 중심이고 하늘이 지구를 중심으로 돌고 있다는 천동설에서 지구가 태양을 중심으로 돌고 있다는 지동설로 변화하게 된다.
1577년 대혜성
튀코의 공책 중 하나에서 스케치들이 발견되었는데, 이 스케치들로부터 1577년 혜성이 금성 근처를 지나갔을 가능성이 있음을 알 수 있다. 튀코는 이 스케치들에서 지구를 태양계 중심에 위치시켰고 태양과 달이 그 주위를 돌고 있으며 다른 행성들은 태양 주위를 돌고 있는 것으로 표현했다.
조르다노 브루노
브루노의 발언이나 주장 가운데 가장 이단으로 여겨진 부분은 그의 세계관과 우주관이었다. 그의 우주관은 말하자면, "우주는 무한하게 퍼져 있고 태양은 그 중에 하나의 항성에 불과하며 밤하늘에 떠오르는 별들도 모두 태양과 같은 종류의 항성이다"라는 무한 우주론을 주장했다. 지금은 누구나 알고 있는 사실이지만 당시는 그렇게 생각하고 있다 할지라도 무한 우주론을 부정하는 로마 가톨릭교회 주도의 사회적 분위기 속에서 쉽게 주장할 수 없었다.
시데레우스 눈치우스
《시데레우스 눈치우스》의 마지막 파트에서 갈릴레오는 목성 주위에 선처럼 보이는 4개의 별들에 대한 기록을 남겨두었다. 첫 번째 밤에 그는 선처럼 보이는 3개의 별들이 목성 주위를 타원 궤도로 공전하는 것을 관측하였고, 다음날 밤에 1개의 별을 더 관측함으로써 목성 주위를 도는 4개의 별들을 발견했다. 갈릴레오는 늦은 1월부터 1610년 이른 3월까지 목성의 위치와 목성의 동반자 별들을 관측했던 기록을 남겨두었다. 그 별들은 밤마다 위치를 바꿔갔지만 목성 주위에서 선을 이루며 나타남으로써 갈릴레오로 인해 그들이 목성 주위를 공전하고 있다고 믿게 했다. 1월 11일에 4일의 관측을 끝내고 그는: “나는 수많은 관측을 통해 수성, 금성이 태양 주위를 도는 것처럼 목성 주위를 도는 3개의 별이 있다고 결론 내렸다. 또한 불규칙하게 목성 주위를 도는 1개의 항성이 더 있어서 3개가 아니라 4개의 별이 공전하고 있다는 것도 발견했다. 그리고 회전이 매우 빠르기 때문에 관측자는 매 시간마다 위상변화를 확인할 수 있다.”라고 기록하였다.
갈릴레오가 그린 그림에서 그는 목성을 나타내기 위하여 원을 사용했고, 4개의 별들을 나타내기 위하여 별표를 사용했다. 그는 이 두 종류의 항성집단이 구별된 차이점을 가지고 있다고 하였고, 행성과 위성이라는 단어를 사용하기 시작했다. 이 두 단어는 아리스토텔레스의 용어에서도 올바르게 사용되었다.
《시데레우스 눈치우스》의 출판 당시에 갈릴레오는 파도바 대학의 수학자였고 더 좋은 망원경들을 제작하라는 압박을 받고 있었다. 그는 피렌체로 돌아가고 싶어 했고, 그 곳에서 후원을 받고자 《시데레우스 눈치우스》를 자신의 옛 친구인 나중에 토스카나 주의 대공이 된 코시모 2세 데 메디치에게 바쳤다. 또한 그는 네 명의 메디치 형제들을 기념하기 위해서 그가 발견한 4개의 목성 위성들을 메디치가의 별이라고 이름 붙였다. 이로 인해 그는 피사 대학교의 가장 높은 자리의 수학자이자 철학자가 되었다. 하지만 위성들의 이름을 지은 그의 노력은 실패로 돌아갔고, 결국 갈릴레이 위성으로 널리 알려지게 되었다.
니콜라우스 코페르니쿠스
코페르니쿠스가 주장한 태양중심설은 현재의 태양계의 구조와는 차이가 있다. 프톨레마이오스의 구조와 거의 비슷하고 단지 우주의 중심에 있던 지구와 달의 위치를 태양과 바꾸어서, 태양이 우주의 중심에 오게 하였다. 원형 궤도와 주전원, 이심 등의 기존의 지구 중심적 구조는 그대로 차용하였다. 이러한 코페르니쿠스의 체계화된 태양계의 구조설을 코페르니쿠스 체계(Copernican system)라고 한다.
니콜라우스 코페르니쿠스
그리스 시대의 에우독소스(Eudoxos, 400?~350?B.C.)는 동심천구설을 주장하였는데, 그는 여기서 지구를 중심으로 한 27개의 천구들로 천체의 움직임을 설명하려 했다. 실제 천체의 회전궤도는 원형이 아니며 그 속도가 일정하지 않다는 사실을 몰랐지만, 에우독소스의 가설은 후에 아리스토텔레스에 의하여 채용되었다.
아리스토텔레스(Aristoteles, 384~322B.C.)는 우주를 크게 두 부분으로 나누었다. 지구를 중심으로 두고, 달을 기준으로 지구와 가까운 공간을 '지상계', 달 윗 공간을 '천상계'로 말이다. 그에 따르면 두 세계는 각각을 이루는 물질부터 다른데, 지상계는 흔히 볼 수 있듯 불, 물, 흙, 공기의 4원소로 이루어져 있고, 천상계는 눈에 보이지 않는 에테르로 차있다. 두 세계에서 일어나는 운동도 차이가 난다. 아직 지구가 원형이라는 확실한 인식이 없을 적, 아리스토텔레스는 지상계에서 일어나는 운동은 직선운동이 주를 이루고, 천상계에 있는 천체들은 등속원운동을 한다고 믿었다.