하늘을 향한 조상들의 지혜: 첨성대와 한국의 천문 기구들

첨성대

인류는 오래전부터 하늘을 관찰하며 시간을 측정하고 계절의 변화를 파악해 왔습니다. 한국에서도 천문학은 농업과 국가 운영에 핵심적인 역할을 했으며, 그 결과로 다양한 천문 기구와 도구가 개발되었습니다. 이번 글에서는 신라 시대부터 조선 시대까지 우리 조상들이 만들어낸 천문 기구들의 역사와 의미를 알아보겠습니다.

첨성대: 동양에서 가장 오래된 천문대

첨성대란?

첨성대(瞻星臺)는 신라의 수도였던 경주에 위치한 석조 건축물로, 선덕여왕(재위 632~647년) 시기에 건립되었습니다. 높이 약 9.17미터의 원통형 구조로, 동양에서 현존하는 가장 오래된 천문대로 알려져 있습니다. 첨성대는 하늘의 별과 천체의 움직임을 관측하여 농사와 국가 행사에 활용되었습니다.

건립 배경과 목적

신라는 농업 사회였기 때문에 천문 관측을 통해 계절의 변화와 기상 현상을 예측하는 것이 중요했습니다. 선덕여왕은 국가의 발전을 위해 과학 기술을 장려하였고, 그 결과로 첨성대가 건립되었습니다. 이를 통해 정확한 역법(曆法)을 수립하고, 일식과 월식 등의 천문 현상을 예측할 수 있었습니다.

구조와 기능

첨성대는 27층의 돌로 구성되어 있으며, 이는 선덕여왕이 신라의 27번째 왕임을 상징한다는 설이 있습니다. 중간 부분에는 네모난 창문이 있어 내부로 출입할 수 있으며, 상부에서는 천체를 관측할 수 있었습니다. 이러한 구조는 당시의 과학적 지식과 건축 기술을 보여줍니다.

조선시대의 천문 기구와 도구들

1.자격루: 세계 최초의 자동 물시계 

자격루

자격루(自擊漏)는 세종 16년(1434년)에 장영실 등의 과학자들이 만든 자동 물시계입니다. 일정한 시간마다 종과 북을 자동으로 울리게 하는 장치를 갖추고 있어, 당시로서는 혁신적인 시간 측정 기구였습니다. 자격루는 왕궁과 관공서에 설치되어 국가 운영과 백성들의 생활에 큰 도움을 주었습니다.

 

구조: 자격루는 크게 물 항아리와 자동 시보 장치로 구성되어 있습니다. 물 항아리에서 물이 일정한 속도로 흘러내리면, 이 물의 양에 따라 자동으로 종이 울리도록 설계되어 있습니다. 이 시스템은 물의 부력과 낙하하는 물체의 에너지를 활용하여 작동합니다.

2. 앙부일구: 하늘을 담은 해시계 

해시계 앙부일구

앙부일구(仰釜日晷)는 세종 19년(1437년)에 제작된 해시계로, 장영실, 이천, 김조 등이 참여하여 만든  반구형의 시계판이 특징인 해시계입니다. "위를 향한 솥, 하늘을 바라보는 솥"이라는 뜻으로, 해의 그림자가 지나는 위치로 시간을 측정했습니다. 공공 장소에 설치되어 일반 백성들도 쉽게 시간을 알 수 있었으며, 이동식 앙부일구는 휴대가 가능하여 실용성을 더했습니다.

기능 및 원리

기능

• 시간 측정: 앙부일구는 태양의 그림자를 통해 시간을 측정합니다. 해가 떠 있는 동안, 해의 위치에 따라 그림자가 이동하며, 이 그림자의 위치를 통해 현재 시간을 알 수 있습니다.
• 절기 확인: 앙부일구는 시간뿐만 아니라 24절기와 같은 계절의 변화를 확인할 수 있는 기능도 가지고 있습니다. 해시계의 바닥에는 절기를 나타내는 선이 새겨져 있어, 그림자가 이 선을 가리킬 때 현재의 절기를 알 수 있습니다.

원리

앙부일구의 원리는 태양의 움직임에 따른 그림자의 변화를 이용합니다. 이 해시계는 오목한 형태로 되어 있으며, 중앙에 위치한 영침(影針)이 그림자를 만들어냅니다. 영침은 태양의 위치에 따라 그림자를 시반(時盤) 위에 투사하게 되며, 이 그림자의 위치를 통해 시간을 읽을 수 있습니다.

• 오목한 구조: 앙부일구의 오목한 구조는 태양의 고도에 따라 그림자가 더 정확하게 표시되도록 돕습니다. 일반적인 평면 해시계와는 달리, 앙부일구는 하늘을 바라보는 가마솥과 같은 형태로 설계되어 있습니다.
• 계절 변화 반영: 여름철에는 그림자가 짧아지고, 겨울철에는 길어지는 성질을 이용하여 계절의 변화를 반영합니다. 해시계에 새겨진 가로선은 각 절기를 나타내며, 이를 통해 농업에 필요한 시기를 판단할 수 있었습니다

3. 혼천의: 우주를 담은 천문 기구 

혼천

혼천의(渾天儀)는 천체의 위치와 움직임을 모형으로 표현한 천문 관측 기구입니다. 세종 16년(1434년)에 제작되었으며, 구형의 구조에 적도, 황도, 자오선 등이 표시되어 있습니다. 천체의 움직임을 정확히 파악하여 역법을 만들고, 천문 현상을 예측하는 데 사용되었습니다.

혼천의의 기능과 원리

기능

• 천체의 위치 측정: 혼천의는 천체의 적도좌표, 황도경도 및 지평좌표를 관측하여 천체의 위치를 정확하게 측정할 수 있습니다. 이를 통해 천문학적 현상을 예측하고, 농사와 관련된 중요한 시기를 결정하는 데 도움을 줍니다.
• 시간 측정: 혼천의는 시계 장치와 연결되어 있어 시간을 측정하는 기능도 가지고 있습니다. 이 기구는 두 개의 추 운동에 의해 작동하며, 한 개의 추는 톱니바퀴를 회전시켜 시간을 표시합니다.

작동 원리

• 추의 운동: 혼천의는 두 개의 추를 사용하여 움직입니다. 이 추들은 기구의 회전을 가능하게 하며, 이를 통해 천체의 움직임을 재현합니다. 한 개의 추는 시간을 측정하는 톱니바퀴를 회전시키는 역할을 합니다.
• 기구의 구조: 혼천의는 여러 개의 고리와 축으로 구성되어 있으며, 각 고리는 특정 천체의 움직임을 나타냅니다. 이러한 구조는 천체의 위치를 시각적으로 표현하는 데 도움을 줍니다

4. 간의: 정밀한 천체 측정 도구 

간의

간의(簡儀)는 천체의 고도와 방위를 측정하는 각도기 형태의 천문 기구입니다. 두 개의 원판이 직교하는 구조로 되어 있어 천체의 위치를 정확히 측정할 수 있었습니다. 이 기구는 혼천의를 간소화하여 만든 것으로, 주로 별과 행성의 위치, 시간고도, 방위 등을 측정 하는 데 활용하였으며 이는 천문학 연구뿐만 아니라 지도 제작 등에도 사용되었습니다.

구조와 특징

기능

• 천체 위치 측정: 간의는 각도기와 유사한 구조를 가지고 있어, 천체의 위치를 정확하게 측정할 수 있습니다. 이를 통해 천문학자들은 별과 행성의 위치를 기록하고, 천체의 운동을 예측할 수 있었습니다.
• 시간 측정: 간의는 천체의 위치를 기반으로 시간을 측정하는 기능도 가지고 있습니다. 이는 고대 천문학에서 매우 중요한 역할을 했습니다.
• 고도 및 방위 측정: 간의는 천체의 고도와 방위를 측정하여, 관측자가 특정 천체를 쉽게 찾을 수 있도록 도와줍니다. 이러한 기능은 항해와 농업 등 다양한 분야에서 활용되었습니다.

 

원리

간의는 기본적으로 수평과 수직의 두 축을 기준으로 하여 작동합니다. 관측자는 간의의 조준 장치를 통해 특정 천체를 조준하고, 그 위치를 각도로 측정합니다. 이 과정에서 간의의 구조는 관측자가 쉽게 조작할 수 있도록 설계되어 있어, 복잡한 천문 관측을 보다 간편하게 수행할 수 있게 합니다.

5, 일성정시의: 낮과 밤을 아우르는 시간 측정 

일성정시의

일성정시의(日星定時儀)는 해시계와 별시계의 기능을 결합한 복합 천문 기구입니다. 낮에는 해의 그림자로, 밤에는 별의 위치로 시간을 측정할 수 있어 24시간 시간 관리가 가능했습니다. 이는 시간 측정의 정확성을 높이기 위한 선조들의 노력의 결과물입니다.

구조와 원리

기능

• 주야 겸용 시계: 일성정시의는 낮에는 태양의 위치를 이용해 시간을 측정하고, 밤에는 별의 위치를 통해 시간을 알 수 있습니다. 이는 해와 별이 북극을 중심으로 회전하는 원리를 활용합니다.
• 정확한 시간 측정: 이 기기는 주천도분환, 일구백각환, 성구백각환 등 여러 구성 요소로 이루어져 있어, 각각의 환이 특정한 기능을 수행하며 정밀한 시간 측정을 가능하게 합니다. 주천도분환은 4분의 1도를 기본 단위로 하여 1461개의 눈금이 새겨져 있습니다.

관측 기구로서의 역할: 일성정시의는 단순한 시계 이상의 역할을 하며, 천문학적 관측을 통해 계절의 변화나 천체의 움직임을 연구하는 데에도 사용되었습니다.

 

원리

일성정시의의 원리는 다음과 같은 요소들로 구성됩니다:

• 주천도분환: 이 환은 태양과 별의 위치를 측정하는 데 사용되며, 하루 동안의 천체의 움직임을 기록합니다. 일구백각환: 이 부분은 해시계의 기능을 수행하며, 태양의 그림자를 통해 시간을 측정합니다.
• 성구백각환: 별의 위치를 측정하는 데 사용되며, 밤에 별을 관측하여 시간을 알 수 있도록 돕습니다

6. 천상열차분야지도: 돌에 새긴 별자리 지도 

천상열차분야지도

천상열차분야지도(天象列次分野之圖)는 태조 4년(1395년)에 만들어진 석각 천문도입니다. 약 1,467개의 별자리가 새겨져 있으며, 당시의 천문학 지식을 집대성한 작품입니다. 이는 역법의 수립과 천문 관측 교육에 중요한 역할을 하였습니다.

 

특징

• 천문 관측 도구: 천상열차분야지도는 천문학적 현상을 관측하고 기록하는 데 사용되었습니다. 이를 통해 농업과 일상생활에 필요한 계절의 변화를 예측할 수 있었습니다.
• 교육적 역할: 이 지도는 성리학적 세계관을 바탕으로 하여 백성들에게 천문학적 지식을 전달하는 교육적 도구로 활용되었습니다. 별자리와 그에 따른 계절의 변화를 설명함으로써, 사람들은 자연의 법칙을 이해하고 존중하게 되었습니다.
• 정치적 상징성: 천상열차분야지도는 조선의 정통성을 강조하는 정치적 상징으로도 기능했습니다. 태조 이성계는 이 지도를 통해 새로운 왕조의 출범과 함께 천문학의 중요성을 부각시키고자 했습니다.

구성

천상열차분야지도의 원리는 다음과 같은 요소로 구성됩니다:

• 좌표 체계: 이 지도는 북극성을 기준으로 하여 하늘을 관측하는 위치에 따라 별자리의 고도를 측정합니다. 북극성은 성도의 중심에 위치하며, 이를 기준으로 작은 원과 큰 원(적도 및 황도권)을 그립니다.
• 별자리 배열: 하늘의 별자리는 28수(宿)로 나누어져 있으며, 각 별자리는 특정한 계절과 관련이 있습니다. 이 배열은 천문학적 현상을 이해하는 데 중요한 역할을 합니다.
• 시간의 측정: 천상열차분야지도는 해와 달의 움직임을 기록하여, 각 절기별 해가 뜨고 지는 시간을 예측할 수 있도록 돕습니다. 이를 통해 농사일정과 같은 실생활에 필요한 정보를 제공합니다.

선조들의 과학 정신과 유산

우리 조상들은 하늘을 관찰하고, 이를 실생활에 적용하기 위해 다양한 천문 기구와 도구를 개발했습니다. 이러한 노력은 단순한 과학 기술의 발전을 넘어, 삶의 질을 향상시키고 국가의 번영을 이루는 기반이 되었습니다.

• 천문 관측의 중요성: 농업 사회에서 천문학은 기상 예측과 농사 일정에 필수적이었습니다.
• 과학 기술의 발전 의지: 왕실과 학자들의 노력으로 독자적인 기구와 도구를 개발하였습니다.
• 문화유산의 가치: 이러한 기구들은 오늘날까지 문화재로 보존되어 우리의 역사와 과학 정신을 되새기게 합니다.

마치며

한국의 천문 기구와 도구들은 우리 선조들의 지혜와 노력의 산물입니다. 현대를 사는 우리는 이들의 과학 정신을 계승하여 미래를 향한 발전을 이루어야 할 것입니다. 하늘을 향한 조상들의 눈길은 오늘날에도 우리에게 많은 것을 가르쳐 주고 있습니다.

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참고 자료

• 국가유산청 - 첨성대
• 국가유산청 - 자격루
• 국가유산청 - 앙부일구