- 1 -

과학 혁명의 시작, 천문학 혁명

도입 1. 코페르니쿠스 초상화

☞ 초상화를 보여주면서 코페르니쿠스 소개

  1473년 ~ 1543년, 폴란드 출신의 천문학자, 천문학 사상 가장 중요한 발견을 한

사람!

도입 2. 프톨레마이오스의 지구중심설

☞ 16세기 이전까지의 유럽인들의 생각

  뛰어난 학자인 아리스토텔레스와 프톨레마이오스는 ‘지구가 우주의 중심이다’고

주장

  사회적으로 절대적인 가치의 기준이었던 교회에서도 지구를 우주의 중심이라고

둠

  지구중심설에 반대하는 사람을 적대시

도입 3. 지오다노 브루노 소개

※ [동영상시청] NGC 코스모스 1화 중에 나오는 브루노에 대한 이야기

☞ 지구중심설에 반대하는 사람들을 적대시한 대표적인 예시: 지오다노 브루노

  1548년 ~ 1600년, 이탈리아의 수도자이자 철학자

  ‘우주는 무한하게 퍼져 있고 태양은 그중에 하나의 항성에 불과하며 수 많은 항

성들은 각각의 지구를 거느리고 있다.’라는 무한우주론을 주장

코페르니쿠스의 초상화 프톨레마이오스의 지구 중심설

- 2 -

  이단 판정을 받고 1591년에 베네치아 공화국(현재의 이탈리아 일부)에서 8년간 감

옥생활을 함.

  브로노는 끝까지 자신의 신념을 굽히지 않음.

  이에 1600년 2월 8일 이단의 혐의로 유죄를 선고받아 공개적으로 화형에 처해짐

  [질문] 자신이 17세기 사람이라면 연구한 대로, 발견한 대로 소신 있게 발언할

수 있었을지??

☞ 이러한 시대 배경에서 코페르니쿠스의 ‘천구의 회전에 관하여 책이 발간됨

  일종의 과학 독립의 선언

  발간된 이후 많은 과학자들이 종교와 신화에 갇혀 있던 틀을 깨고 ’관찰‘과 ’실험

‘에 기초한 객관적인 입장에서 우주를 연구하기 시작 - 천문학 혁명!!

  오늘은 코페르니쿠스에서 시작된 천문학 혁명에 대해 알아볼 것.

코페르니쿠스의 지동설 코페르니쿠스 발상의 전환

브루노의 우주관 화형당한 브루노

- 3 -

본론 1-1. 프톨레마이오스의 우주 체계

☞ 코페르니쿠스가 살던 세계에 지배적이었던 이론인 프톨레마이오스의 지구중심설

소개

  우주의 중심에 지구가 위치

  달-수-금-태-화-목-토 순으로 천체가 위치한다는 것을 소개

※ 주전원과 이심원을 이용하여 행성의 운동을 설명 – 자세한 내용은 지구과학II

과목에서 자세하게 배움을 안내. (자세하게 설명하기에는 과학사 과목의 취지랑 좀

벗어나지 않을까...?)

본론 1-2. 코페르니쿠스의 지구 중심설 문제점 인식

☞ 코페르니쿠스의 문제 인식

  프톨레마이오스의 우주 체계를 기반으로 밤하늘을 관측하였을 때, 천체들의 움직

임을 정확하게 예측할 수 없음을 발견

  프톨레마이오스의 지구중심설에서는 행성의 운동을 설명하기 위해 81개나 되는 원

을 그려야 했다. ‘전지전능한 하느님의 우주가 이렇게 복잡할까?’라는 의문

  코페르니쿠스는 차라리, 태양을 중심에 두고 지구를 움직이는 것이 어떨까? - 라

고 생각하게 됨.

본론 1-3. 프톨레마이오스와 코페르니쿠스 비교

☞ 왼쪽이 프톨레마이오스의 지구중심설, 오른쪽이 코페르니쿠스의 지동설임을 소개

☞ 코페르니쿠스의 지동설 소개

  우주의 중심에 태양을 둠! - 행성의 운동을 설명하기 위해 수많은 원을 그리지 않

아도 됨

프톨레마이오스의 지구중심설 코페르니쿠스의 지동설

- 4 -

  태양, 달, 별이 뜨고 지는 것은 지구가 스스로 돌기 때문

  이러한 내용이 담긴 책을 쉽게 발간하지 못하고, 죽기 직전에야 발간할 수 있었음.

코페르니쿠스의 사망 년도가 ’천구의 회전에 관하여‘ 책 발간년도와 같다!

  하지만 책 발간 후에도 쉽게 받아들여지는 않음... 지오다노 브루노의 처형 년도는

1600년이라는 것을 참고하자.

  무려 1세기가 지난 후에야 코페르니쿠스의 지동설은 받아들여짐. 다음 시간부터는

코페르니쿠스의 이론을 발전시킨 사람 – 티코브라헤, 케플러, 갈릴레이에 대해 배

울 것

본론 2-1. 티코 브라헤 소개

  1546 ~ 1601년, 코페르니쿠스가 죽은 뒤 3년 뒤에 태어남. 덴마크의 천문학자.

  위대한 천문학자로, 달의 구덩이 중 티코 크레이터(구덩이)는 이 사람의 이름을 딴

것

프톨레마이오스와 코페르니쿠스의 우주 체계

티코 브라헤 초상화(덴마크 국립박물관)

달의 사진.빨간색 부분이 티코 구덩이

티코 크레이터(구덩이의)모습

- 5 -

본론 2-2. 티코 브라헤의 초신성 관측

☞ 1572년 카시오페이아 자리에서 초신성 발견

  초신성은 아이돌 그룹 이름이 아니고.. (실제 2007년 데뷔) 밤하늘에서 갑자기 나

타나는 새로운 별을 의미

  초신성 예시 허블망원경으로 찍은 NGC 4526, 왼쪽 아래에는 평소에 없는 별임.

그러나 1994년에 초신성 폭발로 잠시 동안 생겼었던 초신성. 지금은 없음

  초신성이 일주시차를 보이지 않는다는 사실을 발견.

  우선 시차에 대한 개념 설명. [질문1] 연필을 왼쪽 오른쪽 눈으로 바라보면 배경

에 대해 위치가 어떻게 변할까? - 학생들에게 펜을 들고 양쪽 눈으로 번갈아 바라

보게 하여, 가까이 있는 물체는 관측 방향에 따라 배경에 대해 위치가 변함을 설명.

[질문2] 펜이 가까이 있을 때와 멀리 있을 때 시차는 커질까 작아질까? - 관측 대

상이 멀리 있을수록 시차는 작아진다는 의미 이해

  일주시차란 지구의 자전에 의해 관측자의 위치가 변해 하루 동안에 나타나는 시차

를 의미. 그런데 초신성은 일주시차가 나타나지 않음. 왜 그럴까? - 초신성은 아주

먼 곳에 있다는 것을 의미!

티코 브라헤의 초신성 관측 초신성 예시

티코 브라헤가 스케치한 초신성(I)의 모습, 시차에 대한 개념 설명

- 6 -

☞ 티코 브라헤는 당시 왕실의 지원으로 천문대를 짓고, 방대한 천문 관측을 실시함

  1577년에 혜성을 관측. 1577년에 나타난 대혜성 그림 – 혜성도 일주시차가 없다!

- 천상계에서는 아무런 변화도 일어나지 않고, 천체들이 등속 원운동을 한다는 기

존의 아리스토텔레스-프톨레마이오스의 우주 체계와 맞지 않음!

  새로운 우주 체계 제시 – 별들의 연주 시차(지구의 공전에 의한 시차)가 관측되

지 않는다는 이유로 코페르니쿠스의 우주 체계를 받아들이지는 않음. 지구를 중심

에 두고, 행성들만 태양을 돌게 함.... - 다만 다음에 배울 케플러 행성의 법칙을 발

견하는데는 중요한 역할을 함

본론 2-2. 케플러 소개

  1571년 ~ 1630년, 독일의 천문학자, 티코 브라헤의 후계자, 티코 브라헤의 자료를

이어받아 케플러 법칙을 발견

  케플러 이전까지는 모든 행성들의 궤도가 정확히 원이라고 설명하였음.

  케플러와 티코 브라헤 - 티코 브라헤의 자료를 넘겨받아 행성인 화성의 운동을

연구하였음. 그러나 화성의 궤도를 아무리 원으로 해석하려고 해도 관측자료와 맞

지 않음. 무려 8년 동안 70여회의 복잡한 계산을 반복하였으나 실패하였고, 이에 ’

행성의 궤도는 타원이다‘라는 결론을 내림. 이를 정리하여 케플러 법칙을 내놓음.

우라니보르 천문대에서 천체를 관측하는 티코 브라헤

1577년에 혜성을 관측 새로운 우주 체계 제시

케플러의 초상화 케플러와 티코 브라헤

- 7 -

  케플러 법칙 – 1법칙 : 모든 행성은 타원궤도를 돌고, 행성은 타원의 한 초점에

있다. - 2법칙 : 태양과 행성을 연결하는 선은 같은 식나 동안 같은 면적을 쓸고

지나간다. 즉, 가까이 있을 때 행성은 태양을 더 빨리 돈다.

  케플러의 운동 법칙과 정확한 수학적 계산이 알려지면서, 대다수의 천문학자들은

코페르니쿠스의 지동설을 받아들이게 되었다.

  코페르니쿠스의 명언 소개 - Finally we shall place the Sun himself at the

center of the Universe. 같이 소개해보기. 마침내 우리는 태양을 우주의 중심에 둘

수 있었다!

  그러나 일반 사람들이 받아들이기 위해서는 좀 더 실질적인 증거들이 필요하였다.

이를 제공한 사람은 바로 그 유명한 갈릴레이였다. 다음 시간에 배울 것!

본론 2-3. 갈릴레오 갈릴레이 소개

  1564년 ~ 1642년, 이탈리아의 철학자, 과학자, 물리학자, 천문학자,

갈릴레오 갈릴레이 초상화 갈릴레이의 망원경

  뛰어난 발견 중 하나 – 망원경 발견 : 갈릴레이의 망원경

  망원경을 통해 아리스토텔레스-프톨레마이오스 우주중심설과 상반되는 많은 사실

발견

☞ 갈릴레오 갈릴레이의 발견

  갈릴레이의 달 표면 관측 - 이전까지는 달을 포함한 천상계가 매끈한 수정구라고

케플러 법칙 – 1법칙 코페르니쿠스의 명언 소개

- 8 -

생각하였으나, 실제로는 울퉁불퉁하다는 것을 발견함. - 갈릴레이의 달 표면 관측

스케치

  갈릴레이의 목성 위성 관측 - 1610년 망원경으로

목성을 관측하였음. 그러나 목성 주위에 별이라고 생

각했던 것들이 목성을 도는 것을 발견하고, 이들이

목성의 위성임을 밝혀냄. - 갈릴레이의 목성 위성 관

측 스케치 – 모든 천체들이 지구를 중심으로 돈다는

것에 어긋나는 사례

  갈릴레이가 스케치한 금성의 위상 변화 – 갈릴레이

는 망원경으로 금성을 관측. 금성이 달처럼 위상 변

화가 나타남을 알게 됨 – 프톨레마이오스의 이론은

반달 크기 이상의 금성을 설명할 수 없으며, 이는 프

톨레마이오스의 지구중심설이 틀렸다는 대표적인 직

접적 관측 증거가 되었음.

갈릴레이의 달 표면 관측 갈릴레이의 달 표면 관측 스케치

갈릴레이의 목성 위성 관측 갈릴레이가 스케치한 금성의 위상 변화

갈릴레이의 목성 위성 관측 스케치

- 9 -

☞ 갈릴레이의 두 주요 우주 체계에 대한 대화

  갈릴레이의 관측으로 기존의 체계가 위협받게 되자, 로마 카톨릭 교회의 견제는

더욱 심해짐. 1616년 교황청은 갈릴레이의 학문을 이단으로 결론짓고, 이를 가르치

지 말 것을 명령

  1632년 갈릴레이는 프톨레마이오스-코페르니쿠스 두 개의 주요 우주 체계에 대한

책을 출간 – 로마 카톨릭 교회로부터 제지를 받았고, 종교 재판을 받아 유죄 선고

를 받음.

  종교재판에서 나오면서 갈릴레이는 다음과 같이 말을 했다고 전해진다. 유명한 명

언. 갈릴레이의 명언 소개 – yet it moves, 그래도 지구는 돈다.

본론 2-4. 뉴턴 소개

  1643년 ~ 1726년, 영국의 수학자, 물리학자, 천문학자

  갈릴레이가 죽는 해에 태어남

  대학에서 코페르니쿠스, 갈릴레이의 이론을 공부함.

☞ 뉴턴의 고민

  행성을 궤도에 잡아두는 힘과 지구 표면에 일상적으로 경험하는 힘의 연관성을 연

구 – 두 힘이 중력이라는 동일한 법칙의 적용을 받는다는 사실을 발견함

두 주요 우주 체계에 대한 대화 표지 그래도 지구는 돈다 - 갈릴레이의 명언

뉴턴의 초상화 뉴턴의 고민

- 10 -

  1687년 발간한 프린키피아에서 행성과 위성들이 케플러의 행성 법칙을 따르며, 행

성들이 태양을 공전한다는 것을 설명

  행성들은 태양에 의해 중력으로 끌어 당겨지며, 가속도는 질량에만 관련한다는 사

실을 수학적으로 보임.

  뉴턴은 사람들에게 무엇이 우주를 움직이는지를 설명함 – 천문학 혁명의 마무리

마무리

  [동영상 시청] EBS 클립뱅크 – 갈릴레오 갈릴레이! 달을 관찰하다(지식채널 e)

(마무리 동영상)

- 11 -

활동 및 정리 - 지구중심설과 태양중심설의 변천

※ 다음 그림은 지구 중심설과 태양 중심설을 주장하였던 학자들의 업적을 시대순으로

나열한 것이다.

1. 각각의 사람들이 천문학 발전에 기여한 업적과 의의를 조사해 보자.

[2세기]프톨레

마이오스

지지 □ 지구중심설 / □ 태양 중심설

업적

의의

출처

[1543년]코페르니쿠스

지지 □ 지구중심설 / □ 태양 중심설

업적

의의

출처

- 12 -

[1588년]티코

브라헤

지지 □ 지구중심설 / □ 태양 중심설

업적

의의

출처

[1609년]케플러

지지 □ 지구중심설 / □ 태양 중심설

업적

의의

출처

[1610년]갈릴레이

지지 □ 지구중심설 / □ 태양 중심설

업적

의의

출처

[1687년]뉴턴

지지 □ 지구중심설 / □ 태양 중심설

업적

의의

출처

- 13 -

[1838년]베셀

지지 □ 지구중심설 / □ 태양 중심설

업적

의의

출처

2. ’태양 중심설과 지구 중심설의 대립‘이라는 주제로 역할놀이를 해 보자. 과학자를 1

명 선택하여, 다른 과학자를 선택한 사람들과과 토론한다. 단, 과학적 토론이므로 과학

적 근거와 증거를 들어 상대방과 의견을 교환하여야 한다. 토론 내용을 정리하여 과학

적 타당성 여부를 생각해 본다.

주제

태양 중심설과 지구 중심설 중 어떤 모델이 더 합리적일까?

자신의 역할 상대방 역할

토론 내용 정리

태양중심설

장점‧‧‧

단점‧‧‧

지구중심설

장점‧‧‧

단점‧‧‧

자신의 역할 상대방 역할

- 14 -

토론 내용 정리

태양중심설

장점‧‧‧

단점‧‧‧

지구중심설

장점‧‧‧

단점‧‧‧

자신의 역할 상대방 역할

토론 내용 정리

태양중심설

장점‧‧‧

단점‧‧‧

지구중심설

장점‧‧‧

단점‧‧‧