요하네스 케플러가 원을 버린 이유와 행성 운동의 세 법칙

케플러는 완벽한 원 대신 찌그러진 길을 택했다

케플러의 혁명은 하늘을 더 아름답게 만든 것이 아니라 덜 완벽하게 인정한 데서 시작됐다.

그전까지 사람들은 행성이 원을 그리며 돈다고 믿고 싶어 했어요.
원은 컵을 엎어 그린 선처럼 빈틈없이 매끈하잖아요.
신이 만든 하늘이라면 당연히 그런 모양이어야 한다고 여긴 거예요.

그런데 요하네스 케플러는 계산 앞에서 멈춰 섭니다.
케플러는 독일의 천문학자예요.
하늘이 어떤 규칙으로 움직이는지 숫자로 붙잡으려던 사람이죠.

그가 붙잡은 문제는 화성이었어요.
화성은 밤하늘에서 붉게 보이는 행성입니다.
그런데 이 행성의 길이 원이라고 생각하면 숫자가 자꾸 삐끗했어요.

오늘로 치면 오래 믿어온 정답이 있어요.
그런데 카드 명세서 한 줄이 계속 안 맞는 거예요.
처음엔 계산기를 의심하겠죠.

케플러도 그랬을 겁니다.
원은 아름답고, 타원은 찌그러져 보이니까요.
하지만 숫자는 고집이 셌어요.

타원은 눌린 원처럼 생긴 길이에요.
달걀을 옆으로 눕힌 모양에 가깝습니다.
케플러는 『새 천문학』에서 화성이 원이 아니라 이 타원 궤도를 돈다고 발표해요.

어? 진짜?
평생 우주의 조화를 믿은 사람이 가장 아름다운 원을 버린 거예요.
그가 포기한 건 하늘이 아니라 자기 머릿속의 완벽함이었어요.

그래서 케플러의 첫 번째 법칙은 이렇게 이해하면 됩니다.
행성은 완벽한 원 위를 도는 게 아니에요.
태양을 한쪽 초점으로 둔 타원 길을 따라 움직입니다.

이건 작은 수정이 아니에요.
정답지의 동그라미 하나를 고친 정도가 아닙니다.
하늘 전체의 지도를 다시 그린 일이에요.

천문학자 티코 브라헤의 기록이 그의 첫 열쇠였다

케플러가 하늘의 비밀을 연 첫 열쇠는 별빛이 아니라 티코가 남긴 숫자였다.

천재라고 하면 보통 번개 같은 직감을 떠올리잖아요.
혼자 창밖을 보다가 갑자기 “알았다” 하고 외치는 장면 말이에요.
하지만 케플러의 시작은 더 지저분하고 더 현실적이에요.

티코 브라헤는 덴마크 천문학자예요.
망원경이 널리 쓰이기 전, 맨눈과 정교한 도구로 행성 위치를 끈질기게 적은 사람입니다.
그가 남긴 관측 기록은 당시로서는 최고급 데이터였어요.

케플러는 프라하에서 티코의 화성 관측 기록을 이어받습니다.
프라하는 당시 학자와 권력자가 모여들던 유럽의 중요한 도시였어요.
거기서 케플러는 별을 올려다보기보다 숫자와 씨름해요.

이건 낭만적인 천문학이 아니에요.
전임자가 남긴 엉킨 장부를 밤새 맞추는 일에 가깝습니다.
한 줄만 틀려도 전체가 흔들리는 그런 장부요.

그런데 바로 그 빽빽한 숫자가 케플러를 살립니다.
감이 아니라 기록이 길을 열어준 거예요.
하늘은 시 같았지만, 문은 계산으로 열렸습니다.

케플러가 발견한 두 번째 법칙도 여기서 감이 와요.
행성은 태양에 가까울 때 더 빨리 움직이고, 멀어질 때 더 느려집니다.
마치 놀이터 그네가 아래로 내려올 때 빠르고 위로 올라갈 때 느려지는 것처럼요.

정확히 말하면 태양과 행성을 잇는 선이 같은 시간 동안 같은 넓이를 쓸고 지나가요.
이 말이 어렵다면 피자 조각을 떠올리면 됩니다.
시간이 같으면 행성이 가까이 있든 멀리 있든, 태양과 함께 만든 피자 조각의 넓이가 같다는 뜻이에요.

그래서 케플러의 천재성은 하늘을 멋대로 상상한 데 있지 않아요.
남이 남긴 숫자에 자기 믿음을 굽힌 데 있습니다.
그제야 화성은 고집 센 문제아가 아니라 길을 알려주는 안내자가 됩니다.

케플러는 전쟁 중에도 어머니의 재판장에 섰다

케플러가 하늘의 법칙을 세우던 시대에도 땅에서는 그의 어머니가 마녀로 몰렸다.

이 장면이 이상하게 느껴져야 맞아요.
한쪽에서는 행성의 질서를 계산합니다.
다른 한쪽에서는 늙은 여인이 마녀라는 말 때문에 목숨을 잃을 수 있습니다.

케플러의 어머니 카타리나 케플러는 마녀 혐의로 고발돼요.
마녀 혐의란 누군가에게 병이나 불행을 가져왔다고 몰아붙이는 обвин이 아니라, 당시 사람들의 두려움이 법정 언어로 굳어진 덫에 가까웠습니다.
증거보다 소문이 빠르게 달리던 시대였어요.

케플러는 이 일을 남에게 맡기지 않습니다.
법률 문서를 준비하고, 어머니를 변호하는 일에 직접 뛰어들어요.
하늘의 궤도를 계산하던 손이 이번에는 가족의 재판 서류를 붙잡은 겁니다.

오늘로 치면 회사의 핵심 프로젝트를 맡은 사람이 있어요.
그런데 동시에 가족의 형사 재판 서류를 직접 쓰고 있는 상황입니다.
퇴근 후 잠깐 도와주는 수준이 아니에요.

그래서 케플러라는 사람을 천문학 교과서 한 줄로만 보면 놓치는 게 큽니다.
그는 별만 본 사람이 아니에요.
미신과 두려움이 사람을 어떻게 집어삼키는지도 바로 앞에서 본 사람입니다.

여기서 그의 세계가 더 선명해져요.
하늘은 숫자로 움직이는데, 땅은 소문으로 흔들립니다.
그 사이에서 케플러는 둘 다 상대해야 했어요.

그래서 그의 법칙은 차갑게만 보이지 않습니다.
숫자 뒤에 피곤한 사람이 있어요.
정답을 찾는 머리와 가족을 지키는 몸이 같은 하루를 살고 있었던 거예요.

세 법칙은 뉴턴에게 하늘의 수학을 넘겼다

케플러가 남긴 것은 별자리 이야기가 아니라 뉴턴이 중력을 계산할 수 있게 한 사용 설명서였다.

케플러의 세 법칙은 행성이 어떻게 도는지 알려줍니다.
첫째, 행성은 원이 아니라 타원 궤도를 돕니다.
둘째, 태양에 가까울수록 빠르고 멀수록 느립니다.

셋째 법칙은 조금 더 멀리 갑니다.
행성이 태양에서 멀수록 한 바퀴 도는 데 훨씬 더 오래 걸린다는 규칙이에요.
가까운 트랙을 도는 사람과 아주 바깥쪽 트랙을 도는 사람이 같은 속도로 끝낼 수 없는 것과 비슷합니다.

이 세 법칙은 단순한 관찰 메모가 아니에요.
행성의 궤도, 속도, 공전 주기를 한 묶음으로 설명하는 규칙입니다.
공전 주기는 행성이 태양을 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간이에요.

그런데 더 놀라운 건 다음 세대입니다.
훗날 아이작 뉴턴은 만유인력 법칙으로 이 길을 이어받아요.
만유인력은 모든 물체가 서로 끌어당긴다는 생각입니다.

케플러는 신의 기하학을 찾고 싶어 했습니다.
하늘에 숨은 아름다운 질서를 보고 싶었던 거예요.
그런데 그의 결과는 근대 물리학의 계산법이 됩니다.

이건 한 사람이 만든 규칙이 다음 세대의 엔진 설계도가 되는 일과 닮았어요.
케플러는 “행성은 이렇게 움직인다”를 남깁니다.
뉴턴은 그걸 보고 “그렇다면 왜 그렇게 움직이는가”를 계산할 수 있게 됩니다.

그래서 케플러의 진짜 위대함은 완성된 답을 혼자 차지한 데 있지 않아요.
다음 사람이 더 깊이 들어갈 수 있는 문을 열어둔 데 있습니다.
별을 보던 질문이 힘의 법칙으로 건너간 거예요.

처음에 케플러는 완벽한 원을 버렸습니다.
그 대가로 하늘은 조금 덜 매끈해졌어요.
하지만 바로 그 찌그러진 길 위에서, 인간은 처음으로 우주의 움직임을 제대로 따라가기 시작했습니다.