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고대인들은 하늘의 움직임을 보면서 지구는 편평하며 움직이지 않고 하늘이 움직인다고 생각했다. 이러한 생각은 기원전 4,000년경의 바빌로니아 인들로부터 고대 그리스의 플라톤, 아리스토텔레스로 이어지면서도 크게 바뀌지 않았다. 지구가 우주의 중심이며 태양을 포함한 다른 행성들이 지구의 주위를 원운동 한다는 지구 중심설은 당시의 과학적 수준에서 진리로 인식되었다. 그러나 지구 중심설은 코페르니쿠스에 의해 흔들리기 시작했다. 그는 천체를 관측한 결과를 근거로 지구 중심설에 의구심을 갖게 되었으며, 지구가 자리 잡고 있던 태양계의 중심에 태양을 옮겨 놓음으로써 관측 결과와 맞는 모델을 찾을 수 있었다. 코페르니쿠스는 1543년 '천구의 회전에 관하여'라는 책을 출판했다. 이 책에서 그는 움직이는 것은 하늘이 아니라 지구이며, 별이 움직이는 것은 지구가 자전하기 때문에 일어나는 착시 현상이라고 주장하였다. 이러한 그의 주장은 기존의 틀에서 벗어나 새로운 진리로의 탐구를 가능하게 한 획기적인 사건이었다. 오랜 세월 동안 사람들은 지구가 우주의 중심이라는 생각에서 벗어나지 못하고 있었다. 그러나 관측 기술의 발달로 천체를 좀 더 정확하게 관측할 수 있게 되면서 지구가 우주의 중심이라는 생각에 의문을 갖게 되었다. 16세기에 들어와 코페르니쿠스가 태양 중심설을 주장하면서 사람들은 지구가 우주에서 특별한 존재가 아니라는 사실을 알게 되었다. 그러나 지구가 우주에서 어떻게 움직이는지를 알 수 있게 되기까지는 좀 더 많은 시간이 필요했다. 행성의 운동에 대한 구체적인 설명은 케플러의 연구로 인해 가능해졌다. 케플러는 코페르니쿠스의 태양 중심설을 바탕으로 행성의 운동에 대해 구체적으로 설명하였다. 케플러가 행성의 운동을 구체적으로 설명할 수 있었던 것은 브라헤가 남겨준 방대한 관측 자료 덕분이었다. 케플러에게 방대한 관측 자료를 물려 준 브라헤는 어려서부터 별에 큰 관심을 가지고 있었으며, 천체 관측에 그의 전 생애를 바쳤다. 16세 때부터 천체 관측을 시작한 브라헤는 뛰어난 관측 장비와 충분한 재원을 바탕으로 중요한 천문 관측 자료를 많이 남겼다. 그러나 그는 자신이 관측한 결과를 통해 직접 행성의 운동을 설명하지는 못했다. 그가 행성의 운동을 설명하지 못했던 것은 관측한 천문 자료를 정밀하게 분석할 수 있는 능력이 부족했을 뿐만 아니라, 당시의 관측 장비로는 측정할 수 없는 천문 현상도 있었기 때문이다. 그러나 그의 관측 자료는 케플러가 행성의 운동을 밝혀내는 데 결정적인 기여를 하였다. 케플러는 브라헤의 관측 자료를 정밀하게 분석하여 행성의 운동을 설명할 수 있는 세 가지 법칙을 찾아냈다. 먼저 케플러는 브라헤의 관측 자료를 계산하면서 화성의 원 궤도에서 한쪽 반이 태양에 좀 더 가깝다는 사실을 알게 된다. 이로부터 화성이 태양에 가까울 때는 더 빨리 움직인다는 사실을 발견했다. 그리고 행성과 태양 사이에 가상의 직선을 그었을 때 같은 시간 동안 행성이 쓸고 지나간 면적이 서로 같다는 것도 밝혀냈다. 이러한 과정을 통해 케플러 제2법칙인 면적 속도 일정 법칙이 밝혀졌다. 또한 케플러는 원에서 크게 벗어난 천체의 궤도를 연구하던 중 면적 속도가 일정하기 위해서는 반지름이 짧은 쪽의 원주각이 반지름이 긴 쪽의 원주각보다 더 커야 한다는 것을 알게 된다. 그는 이를 통해 화성의 공전 궤도가 원이 아닌 타원이라는 사실을 깨닫게 된다. 행성의 공전 궤도가 타원이라는 타원 궤도 법칙은 늦게 발견되었으나, 면적 속도 일정 법칙보다 앞선 케플러 제1법칙이 된다. 타원은 두 초점으로부터의 거리를 합한 값이 일정한 점들은 연결한 것이다. 따라서 행성이 타원 궤도 운동을 할 때 태양은 행성 궤도의 중심에 있지 않고 두 초점 중 한쪽에 위치한다. 타원 궤도로 운동하는 행성이 태양에 가장 가까이 다가갔을 때를 근일점, 태양에서 가장 멀리 떨어져 있을 때를 원일점이라고 한다. 1618년 케플러는 그동안의 자료를 분석하여 얻은 결과를 바탕으로 '세계의 조화'라는 책을 출간했다. 이 책에서 케플러는 한 행성이 태양의 둘레를 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간인 주기는 태양에서 그 행성까지의 거리와 관계가 있음을 밝혀냈다. 즉, 어떤 행성의 주기의 제곱은 태양에서 그 행성까지의 공전 궤도 장반경의 세제곱에 비례함을 알아낸 것이다. 이것이 케플러 제3법칙인 조화 법칙이다. 케플러는 제1법칙에서 행성의 궤도가 타원이라고 설명하였으나, 사실 이 타원은 거의 원에 가깝다. 그러나 행성의 운동 궤도를 원이라고 가정하면 실제 관측되는 행성의 움직임과는 매우 작은 차이가 발생한다. 이 작은 차이를 분석하여 케플러는 행성의 운동이 타원이라는 사실을 밝혀낸 것이다. 케플러가 브라헤의 관측 자료를 수학적으로 분석하고, 그 결과를 바탕으로 케플러 법칙을 밝힘으로써 우리는 행성의 운동에 대해 좀 더 정확하게 이해할 수 있게 되었다. 뉴턴은 '내가 다른 사람보다 더 멀리까지 볼 수 있었던 것은 거인들의 어깨 위에 섰기 때문이다.'라는 말을 남겼다. 여기서 말한 거인 중 한 사람이 갈릴레이이다. 갈릴레이는 직접 망원경을 제작하여 수많은 별과 달의 운석구, 목성과 금성을 관찰하였다. 그는 관찰을 통해 목성에서 네 개의 위성을 발견하고 모든 천체가 지구를 중심으로 돌지 않는다는 것을 확인했다. 또한 반달보다 큰 금성의 위상을 망원경으로 관찰하면서 코페르니쿠스의 가설을 직접 확인했다. 이러한 그의 활동은 관찰을 통한 가설 증명이라는 근대적인 과학의 시작을 알려 주는 것이다. 그 뒤 갈릴레이는 사고 실험을 통해 빗면에서의 물체의 운동을 과학적 방법으로 설명하였다. 그는 경사면을 따라 굴러 내려간 공은 마찰이 없다면 경사의 정도에 관계없이 출발한 곳과 같은 높이로 다시 올라간다는 사실을 사고 실험을 통해 알게 된다. 이와 같은 사고 실험은 마찰 등을 무시한 이상적인 상태에서 물체의 운동을 구성한 후, 마찰과 같은 현실 상황의 여러 가지 요소를 고려하여 문제를 해결해 나가는 방식이다. 따라서 이와 같은 과정이 과학적 방법의 표준이라고 할 수 있다. 이후 갈릴레이는 사고 실험에서 얻은 지식을 바탕으로 '행성은 관성에 의해 운동하므로 행성의 운동에는 힘이 작용하지 않는다.'는 잘못된 결론을 내리기도 하였다. 하지만 그의 이러한 사고 방식은 과학이라는 새로운 사고 체계의 시작을 알려주는 것이었다. 먼 옛날 사람들은 지구가 우주의 중심이라 생각했었다. 하지만 결국 그 중심이 태양으로 밝혀지면서 많은 반발도 사곤 했다. 지금처럼 위성이 태양계를 촬영할 수 있는 시대에서는 상상도 할 수 없는 이야기들이다. 결국 과학기술의 발달과 인간의 호기심은 점점 우리를 우주의 실체에 가까워지게 해주고 있다.