갈릴레이의 달 스케치, 거짓과 진실

갈릴레오 갈릴레이는 천체망원경을 이용해 우주를 관측한 최초의 사람이다. 그는 1608년에 네덜란드의 안경 기술자 리퍼세이가 망원경을 만들었다는 이야기를 듣고 1609년 같은 방법으로 망원경을 만들어 천체 관측을 시작한다. 사실 갈릴레이가 천체망원경의 발명자로 알려져 있으나, 최초로 망원경을 이용해 천체를 관측한 사람으로 보는 것이 더 정확할 것이다.갈릴레이는 1610년 3월, 망원경을 이용한 천체 관측 내용을 담은 세계 최초의 책 ‘시데레우스 눈치우스’(Sidereus Nuncius, 별의 메신저)를 출간했다. 이 책에는 그가 관측한 천체의 여러 모습들이 등장하는데, 그 중 가장 잘 알려진 하나가 바로 달을 스케치한 그림이다.

갈릴레이가 스케치한 최초의 달 그림(왼쪽), 시데리우스 눈치우스의 책 표지(오른쪽). ⓒ 이태형

갈릴레이가 그린 달 그림은 얼핏 보기에는 오른쪽으로 볼록한 상현달처럼 보인다. 하지만 이 그림 속에는 이상한 점이 여러 가지 발견된다. 독자들도 이 그림을 자세히 살펴보기 바란다. 물론 일반인이 이 그림에서 이상한 점을 찾기는 쉽지 않다. 자, 위 그림에 대한 다음 설명 중 틀린 것을 찾아보기 바란다. 물론 정답은 하나다.

1) 달을 직접 보고 하루에 그린 그림이 아니다.

2) 중앙 아래에 있는 크레이터는 실제보다 크게 그려져 있다.

3) 부분월식 과정에서도 그림과 비슷한 스케치를 할 수 있다.

4) 갈릴레이 망원경은 시야기 좁아 달을 전체적으로 볼 수 없었다.

5) 상현달 속에서는 그림과 같은 무늬를 볼 수 없다.

위의 달 그림은 정상적인 상현달에서는 절대로 볼 수 없는 그림이다. 물론 중앙 아래에 있는 크레이터가 실제보다 크게 그려져 있기도 하지만, 가장 이상한 것은 달 속에 그려진 검은 무늬다. 달에서 검게 보이는 부분을 바다라고 부른다. 이 바다의 모양이 마치 토끼가 절구질하는 모습처럼 보인다는 것은 지난 8회에서 자세히 설명했다.

자, 정상적인 보름달의 무늬를 확인해보자. 아래 보이는 보름달은 남북 축을 기준으로 찍은 사진이다. 달이 움직이는 궤도는 지구의 공전 궤도인 황도에서 크게 벗어나지 않는다. 따라서 이 상태에서 오른쪽 절반이 보이는 것이 바로 상현달이다. 위치에 따라 아래위로 약간씩 각도가 변하긴 하지만 최대로 변할 수 있는 각도는 약 6.5도이다.

보름달 사진(ⓒ NASA, 왼쪽), 상현달의 상하 위상 변화(ⓒ 천문우주기획, 오른쪽) ⓒ ScienceTimes

달의 위상이 바뀌는 것은 달이 지구를 공전하는 동안 햇빛을 받는 부분이 다르기 때문이다. 하지만 달의 볼록한 면, 즉 태양을 가리키는 면은 항상 달의 적도인 토끼의 귀에 해당하는 부분이다.

초승달부터 보름달까지의 위상 변화. ⓒ NASA 동영상 편집

그림에서 보는 것처럼 달의 위상이 바뀌더라도 달 속에 있는 무늬의 위치는 거의 그대로다. 토끼의 귀에 해당하는 부분은 항상 달의 볼록한 중앙 오른쪽에 위치한다. 달이 뜨거나 질 때 아래위로 방향이 바뀌지만 달 속의 무늬까지 바뀌지는 않는다.

자, 이제 다시 본론으로 돌아가자. 1610년 갈릴레이 책에 등장하는 상현달은 결코 정상적인 상태에서는 볼 수 없는 무늬라는 것을 이제 알았을 것이다. 그렇다고 갈릴레이가 실제로 달을 보지 않고 상상만으로 달을 그리지는 않았을 것이다. 이제부터 갈릴레이가 첫 번째 달을 스케치한 과정을 추리해 보기로 하자.

첫 번째 가능성은 위의 달 그림이 월식 때 잘려진 달을 보고 그렸다는 것이다. 갈릴레이가 망원경을 발명했다고 알려진 1609년부터, 책이 출간된 1610년 사이에 과연 그림 속 달과 비슷한 달이 보이는 월식이 있었을까?

그 기간 동안 갈릴레이가 살았던 이탈리아 파두아 지역에서 관측된 월식은 1609년 1월 20일의 부분월식과 1609년 7월 16일의 개기월식뿐이다. 그 중 1609년 1월 20일의 부분월식이 그림 속 달과 가장 비슷하다. 현지 시각으로 새벽 2시 50분 경 남서쪽 하늘 높이 떠 있는 달의 모습이다.

1609년 1월 20일의 월식 시뮬레이션 그림. ⓒ 천문우주기획

월식을 보고 그렸을 가능성이 있는 또 다른 이유는 바다의 모습 때문이다. 상현달일 경우는 바다 지형의 왼쪽, 즉 동쪽의 윤곽을 알아볼 수 없다. 하지만 이 그림에는 어두운 부분까지의 모습이 비교적 뚜렷하게 그려져 있다. 즉, 이것은 월식의 진행과정을 보면서 그렸을 경우 가능한 일이다. 갈릴레이가 이미 1609년 1월 초에 망원경으로 초승달의 모습을 개략적으로 스케치한 기록이 있다. 따라서 1월 20일의 부분월식 동안 달을 관측하면서 스케치 했을 가능성은 충분하다.

하지만 월식으로는 설명이 되지 않는 부분이 있다. 바로 중앙 부분에 보이는 크레이터들의 그림자 때문이다. 월식은 보름달일 때 나타나는 현상이기 때문에 크레이터에 그림자가 생기지 않는다. 따라서 중앙 부분에 있는 크레이터들은 분명히 달이 상현일 때 그린 그림이다. 물론 크레이터들의 크기는 현실과 다르다. 현실적으로 달의 바다 지형과 비슷한 정도 크기의 크레이터는 없다. 따라서 이 부분은 망원경으로 확대된 크레이터의 모습을 과장해서 그렸다고 생각할 수 있다.

갈릴레이가 월식을 보고 그렸을 것이라는 추측에 대한 또 다른 의문은 갈릴레이가 책 속에서 월식에 대한 스케치나 언급을 하지 않았다는 것이다. 갈릴레이가 월식을 주의 깊게 관측했다면 월식 중 달의 변화를 글이나 스케치로 기록했을 가능성이 높다. 그러나 그런 것이 없다는 점에서 실제로 갈릴레이가 월식을 관측했을 것인가 하는 의문은 남는다.

그렇다면 갈릴레이의 상현달 스케치가 실제와 다른 이유는 무엇일까? 당시 갈릴레이가 만든 망원경은 시야가 매우 좁아서 한 번에 달 전체를 볼 수 없었다. 갈릴레이 망원경의 시야는 약 15분각(달의 지름이 약 30분각, 1분각은 1도의 1/60)으로 한 번에 달의 1/4 정도만 볼 수 있었다. 이러한 이유로 갈릴레이는 달을 여러 번에 나눠서 관측한 후 그 기억을 재조합해 상현달 전체 모습을 스케치했을 가능성이 높다. 이러한 이유로 정확한 스케치가 어려웠을 것이고, 받은 인상에 따라 좀 더 과장되게 그렸을 수도 있다. 물론 정확한 진실은 알기 어렵다. 분명한 것은 이 그림이 갈릴레이가 상현달을 직접 보고 하루에 그리지는 않았다는 것이다.

 ScienceTimes