행성의 진로를 파악한 요하네스 케플러의 생애와 업적

우주의 행성들

◈ 요하네스 케플러(Johannes Kepler)의 생애와 업적

행성운동의 법칙을 발견한 인물로, 행성들이 태양을 타원 궤도로 공전한다는 사실을 처음 밝혀내어 지동성을 과학적으로 뒷받침하였고, 케플러의 법칙을 제시하여 이후 뉴턴 만유인력의 법칙에 중요한 기초를 제공하여 근대 천문학 발전에 크게 기여한 요하네스 케플러에 대하여 알아보려고 한다.

1. 생애

요하네스 케플러는 1571년 독일의 바일데어슈타트에서 태어났다. 그는 용병인 아버지와 약초사인 어머니와 함께 살았지만 형편이 어려웠다. 그러나 케플러는 학문에 뛰어난 재능을 보여 13살에 고등학교에 입학하였고, 18살에 튀빙겐 대학교에 입학하였다. 그는 대학에서 철학과 신학을 공부하였고, 그때에 그는 코페르니쿠스의 태양 중심설을 접하며 천문학에 대한 관심을 키워 나갔다.

 

1596년 케플러는 우주의 신비 라는 책을 출판하였다. 이 책에서 그는 우주의 구조에 대한 새롭고 혁신적인 내용을 썼다. 이 책으로 인해 그의 학문적 가치를 인정받아 명성을 얻게 되었고, 덴마크의 유명한 천문학자 티코 브라헤의 조수로 일할 수 있게 되었다. 브라헤가 죽은 뒤 케플러는 그의 관측 자료를 활용하여 계속하여 자신만의 연구를 이어나갔다. 그는 매우 신앙심이 깊었는데, 그는 연구를 통하여 신의 창조를 이해하려고 했다. 또한, 자신의 아이디어를 여러 다른 사람들과 공유하고자 하는 마음이 컸으며, 여러 책을 집필하여 자신의 발견을 계속해서 널리 알렸다.

 

하지만, 케플러의 삶은 그리 순탄하지 않았다. 여러 번의 이사와 종교적 탄압으로 인해 연구에 많은 어려움을 겪었다. 가족들의 건강도 좋지 않았고 자신의 건강도 많이 좋지 않았지만, 이에 굴하지 않고 끊임없이 연구를 계속해 나갔다. 케플러는 수학에서도 중요한 기여를 하였다. 특히 다면체와 관련된 문제를 심층 연구 하였고, 그의 이름을 딴 케플러의 별다면체를 발견하였다. 케플러는 1630년 58세의 나이로 사망하였다. 그는 살아 있는 동안 많은 어려움을 겪었지만 후대에 그의 업적을 인정받아 천문학에 큰 영향을 주었다. 케플러가 세운 법칙은 천문학의 기초가 되었고, 그의 연구는 과학적 방법론 발전에 아주 중요한 역할을 하였다. 또한 수학적으로도 인정받아 수학과 천문학의 융합을 통해 현대 과학 발전에 아주 큰 영향을 주게 되었다.

천문학은 인간을 겸손하게 만든다.
나는 단지 신의 생각을 읽으려고 노력할 뿐이다.
-요하네스 케플러-

 

2. 업적

요하네스 케플러는 행성의 운동에 대한 세가지의 법칙을 발견하였다. 이 법칙들은 그의 이름을 따 케플러의 법칙이라고 불린다. 케플러의 법칙을 살펴보면 다음과 같다.

 

2-1. 타원 궤도의 법칙

행성은 태양을 중심으로 하여 타원 궤도를 그려나가며 공전한고, 태양은 이 타원의 두 초점 중 하나에 위치하게 된다는 법칙이다. 케플러가 티코 브라헤의 관측 데이터를 분석하여 얻은 결과로 행성의 궤도가 원이 아닌 타원이라는 것을 발견한 것으로, 모든 행성의 궤도가 완벽한 원이 아니라는 것을 밝혀냄으로써 당시의 천문학에 대한 통념을 뒤집게 되었다.

2-2. 면적 속도의 법칙이다.

행성이 태양을 공전할 때, 행성과 태양을 잇는 선이 일정한 시간 동안 휩쓸게 되는 면적은 항상 일정하다는 것으로 이는 행성이 태양에 가까울수록 더 빠르게 움직인다는 법칙이다. 이로 인해 행성은 태양에 가까운 곳에서는 빠르게 이동하여 큰 면적을 짧은 시간에 휩쓸고, 먼 곳에서는 느리게 이동하여 작은 면적을 긴 시간에 휩쓴다는 내용으로 행성의 공전 속도가 늘 일정하지 않다는 것을 의미하게 된다.

 

2-3. 조화의 법칙이다.

행성의 공전 주기의 제곱은 그 행성의 태양으로부터의 평균거리의 세제곱에 비례한다는 것으로 이를 수식화 하여 제공하였다. 지구보다 태양에서 더 먼 거리에 있는 행성의 경우에는 공전 주기가 더 길다는 것을 이 법칙을 통해 알 수 있다. 이 법칙으로 태양계의 행성들 사이에는 일정한 수학적 관계가 있음을 알게 해 준다. 이 법칙들은 그 당시에 상당히 혁명적이고 새로운 것이었고, 이후 뉴턴의 만유인력 이론의 기초가 된다. 케플러의 법칙은 관측데이터의 정확성을 높여주고, 이를 바탕으로 발전된 천문학을 이용하여 항해술의 발전에도 기여하게 된다. 또한, 케플러의 이러한 발견들은 코페르니쿠스의 태양 중심설을 확립하여 과학 혁명기의 전환점을 마련하였고, 지구가 우주의 중심이 아니라는 인식을 확산시킬 수 있게 되었다.

또한, 광학에도 많은 기여를 하였는데, 눈이 이미지를 형성하는 방법과 원리를 이해하여 굴절 망원경을 발명하였고, 이는 후에 갈릴레오가 사용한 망원경의 시초가 되었다.

 

케플러의 이러한 공헌은 오늘날까지도 천문학의 기초 이론으로 사용되며, 현대 과학발전에 큰 영향을 주었다. 케플러는 관측과 수학적 분석을 통하여 우주와 자연의 법칙을 발견하였고, 현재까지 많은 과학자들에게 영감을 주고 있다.

과학이 신의 작품을 해석하는 방법이다.
-요하네스 케플러-

나는 우주가 노래하는 소리를 들을 수 있는 귀를 가지고 태어났다.
-요하네스 케플러-