천체역학의 발전 과정

천체역학 탄생 이래 근 300년의 역사에서 연구 대상과 기본 연구 방법의 발전 과정에 따라 크게 세 시기로 나눌 수 있습니다.

 

전초기

천체역학은 19세기 후반에 이르러서는 천체역학의 정초과정입니다. 천체역학은 이 과정에서 점차 자신의 학과 체계를 형성해 가는 것을 경전천체역학이라고 합니다. 연구 대상은 주로 대행성과 달이며 연구방법은 주로 고전적인 분석 방법, 즉 섭동이론입니다. 천체역학의 창시자는 근대 수학과 역학의 창시자이기도 합니다. 뉴턴과 라이프니츠가 공동 설립한 미적분학은 천체역학의 기초가 됐습니다.

18세기에는 항행사업의 발전으로 달과 밝은 행성의 위치표가 더 정교하게 필요하자 수학자들이 천체운동 연구에 주력해 분석역학을 창안한 것이 천체역학의 기초였습니다. 오일러와 달랑베르, 라그랑주 등이 그 주춧돌입니다.그중에서도 오일러는 최초의 완전한 달 운동 이론의 창시자였고, 라그랑 날은 소행성 운동 이론의 창시자였습니다. 이후 라플라스의 집대성된 그의 5권 16책의 대작 천체역학은  경전 천체역학의 대표작이 됐습니다. 그는 1799년 펴낸 제1권에서 천체역학의 학문 이름을 먼저 제시하고 이 학과의 연구 분야를 기술했습니다. 1828년에 책이 모두 나왔습니다.

이 책에서 라플라스는 행성과 달의 운동에 대해 비교적 완전한 이론을 제시했고 주기 혜성과 목성의 위성에 대해서도 그에 상응하는 운동 이론을 제시했습니다. 천체모양의 이론적 기반인 유체 자전시의 균형형상 이론도 상세히 기술했습니다.

르장드르 푸아송 라코비 해밀턴 등은 그 이론을 발전시켰습니다. 해왕성은 1846년 르위야와 아담스의 계산으로 발견됐습니다. 이는 경전 천체역학의 위대한 성과이자 자연과학 이론의 예견성에 대한 중요한 검증입니다. 이후 대행성과 달운동 이론은 더욱 완벽해져 천문 달력에 포함된 천체력표를 계산하는 근거가 됐습니다.

 

발전기

19세기 후반부터 20세기 50년대까지는 천체역학이 발전한 시기였습니다. 연구 대상에는 태양계 내의 소천체(소행성, 혜성, 위성 등)가 대폭 늘었고, 연구방법에서는 분석 방법 외에 정성적 방법과 수치적 방법을 추가했지만 분석 방법만으로 보완했습니다. 이 시기는 근대 천체역학 시기라고 할 수 있습니다. 잉칼레가 1892~1899년 펴낸 3권 『천체역학의 새로운 방법』이 이 시기의 대표작입니다.

이미 1801년 제1호 소행성이 발견돼 화성과 목성 궤도 사이의 빈틈을 메웠지만.그러나 소행성의 대량 발견은 19세기 후반 사진 찍는 방법이 천문 관측에 널리 적용된 이후부터입니다. 혜성과 위성도 무더기로 발견됐습니다. 이 작은 천체들은 궤도 편심률과 경사각이 커서 행성이나 달의 운동 이론으로는 좋은 결과를 얻을 수 없습니다. 천체역학자들은 고전적 천체역학과는 다른 방법을 모색하고 있는데 이 중 델로네, 힐, 한센 등의 분석 방법이 향후 발전에 큰 영향을 미칠 것으로 보고 있습니다.

정적 방법은 푸앵카레와 리야푸노프가 세웠고 푸앵카레는 미분방정식정성 이론을 세웠고 리야푸노프는 이를 발전시켰습니다. 그러나 1950년대까지는 이 방면의 진전은 크지 않았습니다.

수치적 방법은 가우스의 작업방법으로 거슬러 올라갑니다. 19세기 말 만들어진 코웰방법과 애덤스 방법은 지금도 천체역학의 기본 수치 방법이지만 컴퓨터가 등장하기 전에는 널리 쓰이지 않았습니다.

 

신시기

1950년대 이후, 인조천체의 출현과 전자계산기의 광범위한 응용으로 인해 천체역학은 새로운 시기에 들어섰습니다. 연구 대상에는 다양한 종류의 인조천체와 구성원이 많지 않은 항성시스템이 추가됐다. 연구 방법 중 수치방법이 빠르게 발전하여 실제 문제를 해결하는 데 사용될 뿐만 아니라, 동적인 방법과 분석방법을 결합하여 여러 가지 이론적인 문제를 연구합니다. 정성적 방법과 분석 방법에도 상응하는 발전이 있어, 관측정도가 날로 높아지는 요구에 부응합니다.