천동설을 무너뜨린 밝은 별, 금성

과천과학관과 함께 하는 과학 이야기 (8)부지런한 사람이라면 요즘 새벽 동쪽 하늘에서 아주 밝은 별 하나를 볼 수 있다. 금성이다. ‘샛별’이라고도 불리는 금성은 태양에 가까워 달을 빼면 가장 밝게 보이는 천체다. 한창 밝을 때의 금성은 1등급 별보다 100배 가까이 밝아 별(행성)이 아닌 UFO나 비행기, 인공위성으로 착각하기도 한다.

하늘에 금성이 떠 있다면 찾는 것은 어렵지 않다. 다른 별보다 월등히 밝기 때문이다. 그러나 금성을 항상 볼 수 있는 것은 아니다. 금성은 지구와 태양 사이의 궤도를 도는 내행성(안쪽 행성)인데, 내행성은 지구에서 봤을 때 항상 태양 근처에서만 관측된다. 따라서 해가 진 직후 서쪽 하늘이나 해가 뜨기 전 동쪽 하늘에서 잠깐 동안만 볼 수 있다.

금성을 맨눈으로 보면 밝은 별처럼 보이지만 천체 망원경으로 보면 달과 비슷한 모양으로 보인다. 달은 지구 주변을 돌면서 서로 다른 각도에서 태양빛을 반사해 매일 매일 모양이 달라진다. 금성도 달처럼 어느 위치에 있느냐에 따라 지구에서 보이는 모양(위상)이 바뀐다.

금성은 보름달에 가까운 둥근 모양에서 점점 상현달(오른쪽이 둥근 반달), 초승달 모양으로 변하다가 다시 그믐달, 하현달(왼쪽이 둥근 반달) 모양으로 변한다. 보름달에서 하현달, 그믐달, 초승달, 상현달 순서로 변하는 달과 반대다.

금성은 모양뿐만 아니라 크기도 변한다. 사실 모든 태양계 행성은 태양을 중심으로 서로 다른 속도로 돌고 있어 지구와의 거리가 수시로 달라진다. 그 결과 보이는 크기(겉보기 크기)도 달라진다.

태양, 금성, 지구가 일직선으로 놓일 때 금성은 지구에서 가장 가깝다. 이때 지구와 금성의 거리는 대략 3800만~4000만㎞다. 반대로 금성, 태양, 지구 순으로 놓일 때는 최대 2억6000만㎞까지 멀어진다.

금성의 모양과 크기 변화는 지동설의 근거이기도 했다. 16세기까지만 해도 지동설을 받아들이는 사람은 극소수였다. 하늘을 관찰하면 모든 별은 하늘에 박혀 있고, 하루에 한 번씩 동쪽에서 서쪽으로 움직여 제자리로 돌아온다. 또한 모든 별은 천천히 동쪽으로 움직여 1년이 지나면 다시 제자리로 돌아온다.

이런 관측 결과는 하늘이 지구를 중심으로 움직이는 것처럼 보이게 한다. 그러나 금성과 같은 행성의 운동은 천동설에서는 골치 아픈 존재였다. 움직이는 속도가 다른 별들보다 빠를 뿐 아니라 가끔 동쪽이 아닌 서쪽으로 움직이는 일이 관측됐기 때문이다. 이런 현상을 설명하기 위해 천동설을 주장한 프톨레마이오스는 행성이 작은 원을 그리며 지구 주위를 돈다는 더욱 복잡한 설명 체계를 만들어야 했다.

이탈리아 과학자 갈릴레이는 1600년대 초 직접 만든 천체 망원경으로 금성의 모양과 크기가 변한다는 사실을 확인했다. 특히 금성이 보름달처럼 둥글게 보이는 현상은 천동설로는 설명할 수 없었다. 갈릴레이가 망원경으로 본 금성의 모습은 그가 지동설을 더욱 확신하는 계기가 됐다.

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박대영 국립과천과학관 천문우주팀장

관측천문학과 대중천문학을 공부한 과학문화기획자이자 천체사진가. 지은 책으로는 '우주대체험', '별 그리고 우주', '2022 과학은 지금'(공저) 등이 있다.