프톨레마이오스

개요

지구가 우주의 중심이라고 생각했다(→ 프톨레마이오스 체계). 그의 생애는 거의 알려져 있지 않다(과학사, 지구중심체계).

천문학적 업적

그의 천문학적 업적은 나중에 〈위대한 천문학자 Ho megas astronomos〉로 알려지게 된 걸작 〈수학적 모음집 Hē mathēmatikēsyntaxis〉에 들어 있다.

그러나 9세기 아라비아의 천문학자들은 이 책을 〈메지스테 Megistē〉('최고'라는 뜻)라고 했다. 이 낱말에 접두어로서 정관사 알(al)이 붙어 그 이후로는〈알마게스트 Almagest〉(13권)라는 제목으로 오늘날까지 불리고 있다.

〈알마게스트〉는 각 권마다 별들과 태양계의 천체들에 대한 천문학적 개념을 다루고 있다.

이 책은 백과사전적이기 때문에 후기의 천문학자들은 이 책을 매우 유용하게 생각하고 이 책에 있는 관점에 의해 매우 깊은 영향을 받았을 것이다. 본질적으로 이 책은 그리스의 천문학이 얻은 결과를 종합한 것이며, 또한 고대의 가장 위대한 천문학자라고 할 수 있는 히파르코스의 업적을 찾아볼 수 있는 주요한 자료이다. 비록 프톨레마이오스의 업적과 히파르코스의 업적을 구별하기 어려운 경우도 종종 있지만 프톨레마이오스가 히파르코스의 천문기기와 비슷한 기기를 사용·관측해 히파르코스의 연구 영역을 더욱 넓힌 것은 틀림없다.

예를 들어 히파르코스는 850개의 별이 들어 있는 최초의 항성목록을 만들었는데, 프톨레마이오스는 여기에 별의 수를 늘려 1,022개 별에 대한 목록을 만들었다.

프톨레마이오스는 태양과 달, 다른 행성들의 운동에 대해서도 히파르코스의 관측사실과 결론을 더욱 확장해 프톨레마이오스 체계라고 널리 알려지게 된 천동설(天動說)을 확립했다. 그는 〈알마게스트〉 제1권에 그의 천동설에 대해 언급하고 지구가 우주의 중심에 있으며 움직일 수 없다는 것을 증명하기 위한 많은 논증을 했다.

그중에서도 특히, 만약 지구가 몇몇 초기 철학자들이 주장하는 것처럼 움직이고 있다면 그 결과로 특별한 현상이 관측되어야 한다는 것을 보였다. 그는 모든 물체가 우주의 중심으로 떨어지기 때문에 지구는 우주의 중심에 고정되어 있어야 하고, 그렇지 않다면 낙하하는 물체가 지구의 중심을 향해 떨어지는 것을 볼 수 없을 것이라고 주장했다. 또한 지구가 24시간에 1번씩 자전한다면, 수직으로 위를 향해 던진 물체는 같은 지점에 떨어지지 않아야 하지만 실제로는 그 반대라고 주장했다.

프톨레마이오스는 이 이론에 반대되는 어떤 것도 관측되지 않았음을 증명했고, 그결과 천동설은 15세기까지 서구 그리스도교 사회에서 거의 독보적인 것이 되었으나, 자세히 관측해 본 결과 이 체계는 복잡하게 되어 있어 타당성이 크게 의심받게 되었다. 1543년 폴란드의 천문학자인 코페르니쿠스의 태양 중심설이 천동설을 대체하게 되었다.

프톨레마이오스는 지구가 중심에 있고 태양계의 천체들은 달·수성·금성·태양·화성·목성·토성의 순서로 있다고 생각했다.

그는 히파르코스가 생각했던 것처럼 천체들의 서로 다른 운동을 일정한 원운동으로 설명하기 위해서는 이심원(離心圓)-주전원(周轉圓) 체계나 편심 체계(이 2가지는 BC 3세기 그리스의 기하학자인 페르가의 아폴로니오스가 고안한 것임)가 필요함을 깨달았다.

프톨레마이오스 체계에서 이심원은 중심이 지구에 있는 거대한 원이고, 주전원은 중심이 이심원의 원주를 따라 회전하는 작은 원이다. 태양과 달, 그리고 다른 행성들은 각각의 주전원의 원주를 따라 움직인다. 편심체계에는 하나의 원이 있는데, 이것의 중심은 지구에서 약간 떨어진 곳에 있으며 이 원주를 따라 행성이 운동한다. 이 두 체계는 수학적으로는 같은 것이다.

그러나 이 이론으로도 모든 행성들의 관측된 현상을 완전히 설명할 수 없었기 때문에 프톨레마이오스는 천재성을 발휘해 여기에 1가지 개념을 더 도입했다. 그는 지구가 각 행성의 이심원 중심에서 약간 떨어져 있으며, 행성의 이심원 중심과 주전원의 중심이 그가 이심(離心)이라고 부르는 점을 중심으로 일정한 원운동을 하고 있다고 가정했다. 이심은 가상점으로서 이심원의 지름 위에 있으나 이심원의 중심을 기준으로 할 때는 지구의 반대쪽에 있는 점이다.

즉 이심원의 중심은 지구와 이심의 중간에 있게 된다. 또한 이심의 중심에서 지구까지의 거리와 이심원의 중심에서 이심까지의 거리가 똑같다고 가정했다. 이러한 가정에 의해 프톨레마이오스는 관측된 많은 행성운동(行星運動)을 더 잘 설명할 수 있었다. 프톨레마이오스 체계에서 황도면(黃道面)은 태양이 별 사이를 매년 지나가는 경로를 기준으로 한 것이다.

행성의 이심원은 황도면에 대해서 약간 경사져 있으며, 주전원도 이심원과 같은 기울기로 경사져 있어, 주전원면은 황도면과 항상 평행하다고 믿었다. 금성과 수성의 이심원은 황도면의 아래위로 진동한다고 가정했으며 이 행성들의 주전원면도 같은 식으로 이심원면에 대해 진동한다고 믿었다. 프톨레마이오스는 행성이 고정된 별(항성)보다 지구에 훨씬 가깝다고 생각했지만, 이런 천체들이 붙어 있다고 전해지는 유리로 된 구가 존재한다고 믿은 것 같다.

그는 별이 고정되어 있는 구 바깥에 또다른 구들이 있고 제일 바깥에 제1운동자(primum mobile)라는 것이 있어 그가 생각한 우주를 이루는 구들이 움직일 수 있도록 동력을 공급해준다고 가정했다.

수학과 지리학에 대한 업적

프톨레마이오스는 뛰어난 기하학자로서 수학 분야에 중요한 업적을 많이 남겼다.

그는 기하학 분야에서 새로운 증명과 정리를 만들고 〈아날렘마 Analemma〉라는 책에서 천구면(天球面 : 지구에서 무한대 거리에 있으며, 그 면에 우주 공간의 물체가 위치하고 있는 것처럼 보이는 가상의 구)에 있는 점을 수평면·자오선면·수직면으로 구성되는 서로 직각인 3개의 평면에 사상시키는 문제에 대해서 자세히 논했다.

〈플라니스파이리움 Planisphaerium〉이라는 책에서는 입체를 평면에 묘사하는 방법인 평사(平射) 도법에 대한 문제를 다루면서 천구의 남극을 사상(寫像)의 중심으로 썼다.

그는 또한 날씨 뿐만 아니라 아침과 저녁에 뜨고 지는 별까지 나타낸 달력을 만들었다. 다른 수학분야의 출판물로서는 〈행성가설 Hypotheseis tōn planōmenōn〉이라는 책을 포함한 2권과 3차원 공간 이상은 없다는 것을 증명한 것과 에우클레이데스가 고안한 평행선에 대한 가정을 증명하려고 시도한 것이 포함되어 있는 2권의 기하학에 대한 책이 있다.

그는 역학에 대한 3권의 책을 썼는데, 그가 쓴 것은 〈평형에 대해서 Peri ropōn〉라는 단 1권의 책뿐이라는 설도 있다. 광학 현상에 대한 그의 업적은 〈광학 Optica〉에 수록되어 있다. 이 책은 원래 5권으로 되어 있었는데, 마지막 권에 굴절(屈折 : 빛 또는 다른 에너지 파가 밀도가 서로 다른 두 매질 사이를 비스듬하게 지나갈 때 방향이 변하는 현상)이론을 다루었으며, 서로 다른 높이에 있는 천체의 빛이 굴절되는 것에 대해서도 논했다.

이것은 관측적 문제에 대한 해결을 시도했던 것들 중 기록된 최초의 것이다. 또한 음악에 대한 논문 〈화성악 Harmonica〉(3권)을 썼다.

그는 지리학자로서 〈지리학 안내 Geōgraphikō hyphēgēsis〉(8권)라는 책으로 명성을 떨쳤다. 이 책에는 지도를 만드는 방법에 대한 것과 유럽·아프리카·아시아의 여러 지역의 목록을 위도와 경도에 따라 표로 나타낸 것이 들어 있다.

그러나 이 책에는 많은 오류가 있는데, 예를 들어 지구의 적도는 너무 북쪽에 위치해 있고, 지구의 둘레로 사용한 값은 이미 알려져 있던 더욱 정확한 값보다 30％나 작았다. 또한 책의 내용과 지도 사이에 맞지 않는 것도 발견되어서 전체적으로 이 책은 '좋은 지리서'라고 생각할 수 없다. 이 책에서 다루는 나라의 기후나 천연생산물, 서식동물과 고유의 특징 같은 것에 대한 언급이 전혀 없으며, 지리학적으로 중요한 요소인 강이나 산맥에 대한 취급은 무성의하거나 거의 쓸모없는 것이었다.

이와 같은 결점에도 불구하고 이 책은 역사적으로 〈알마게스트〉처럼 후세에 매우 큰 영향을 미쳤기 때문에 중요한 책이다. 프톨레마이오스는 아시아가 실제보다 동쪽으로 훨씬 더 확장되어 있다고 했기 때문에 크리스토퍼 콜럼버스는 서쪽으로 계속 항해하면 아시아에 도착할 수 있을 것이라고 믿었다.

또한 1775년까지도 프톨레마이오스가 말했던 것처럼 인도양이 남쪽의 대륙에 의해 막혀 있을 것이라고 믿었다. 그러나 이것은 같은 해 7월 제임스 쿡이 남반구 항해에서 돌아옴으로써 틀렸다는 것이 증명되었다.