천문학(天文學, 영어: astronomy) 또는 천체학이란 별이나 혜성, 행성과 은하 같은 천체와 지구 대기 바깥쪽으로부터 비롯된 현상을 연구하는 자연과학의 한 분야입니다. 오늘날 전래하여 오는 몇 개의 별자리나 그의 전설, 몇 개의 별의 이름 또는 미리내라고 하는 은하수에 대한 고유명들을 볼 수 있습니다. 이는 한국에도 중국의 천문사상과는 관련이 없는 특유의 천문학적인 지식이 발달하였다는 사실을 말해주는 것으로 우주의 시작 및 진화, 천체의 운동, 화학, 기상, 진화, 물리 등을 연구 대상으로 합니다.
천문학은 인간이 하늘에 대하여 관심을 가지면서 가장 일찍 태동한 학문 중의 하나이고, 선사 시대 때 여러 문명은 스톤헨지, 피라미드 같은 천문학적 유물들을 남겼으며, 그리스, 바빌론, 인도, 중국, 마야, 이란 문명 같은 동서양의 초기 문명들은 밤하늘에 관한 수많은 관측기록을 남겼습니다. 그 후로 망원경이 발명됨으로써 천문학은 현대 과학으로 발전하게 되었고 역사적으로 천문학은 역법, 측성학, 천체 항법, 심지어 점성술까지 수많은 분야를 포함하였습니다. 또 현대의 천문학은 물리학, 화학, 공학 등을 이용한다. 중력파를 측정한 LIGO나 허블 우주망원경, 지구 스케일로 분포하여 아주 큰 하나처럼 작동하는 웹스터 망원경, 전파 망원경 등 관측 장비 제작은 도전적인 일입니다. 천문학은 여러 자연과학 분야 중 아마추어들의 공헌이 아직도 큰 분야 중의 하나입니다. 아마추어 천문학자들은 특히 혜성·소행성·초신성같이 시간에 따라 변하는 현상(transient phenomena)들을 발견하고 관측하는 데 중요한 공헌을 하고 있습니다. 천문학(astronomy)은 점성술(astrology)과 혼동되어서 안 됩니다. 비록 점성술은 천문학과 같은 뿌리에서 나왔지만, 현재는 완전히 다른 분야이다. 점성술은 천체들의 하늘에서의 위치가 인간의 활동에 영향을 미친다는 신념 체계로서, 자연과학의 범주에 들지 않습니다.
20세기에 들어와 천문학 분야는 관측 분야와 이론 분야로 크게 나뉘게 됩니다. 관측 천문학은, 천체에 대한 자료를 획득하고, 물리적으로 조사하는 데 초점을 두며, 천문학은 천문학적 현상들을 컴퓨터나 해석적인 방법으로 설명하는 모형을 세우는 것을 추구합니다. 이 두 분야는 상호 보완적이며, 이론 천문학은 관측 결과를 설명하는 틀을 제공하고, 관측 천문학은 이론 결과를 확증하는 역할을 하게 됩니다. 천체의 위치를 표시한 고인돌과 같은 선사시대 유물을 통해 사람이 매우 오래전부터 천체를 관측한 것을 알 수 있습니다. 이집트에서는 주기적으로 범람하는 나일강의 범람을 예측하기 위해 달력을 제작하였고, 기원전 2900년 무렵 음력을 기준으로 한 달 달력이 제작되었으며 기원전 2500년 무렵에는 1년을 365일로 계산한 태양력이 제작되었음을 확인할 수 있었습니다. 서양에서 눈에 띄는 별들을 묶어 별자리로 만든 것은 기원전 수천 년 전 바빌로니아의 칼데아에서 시작되었습니다. 고대 칼데아에서는 황도를 따라 12개의 별자리를 묶어 나누었는데, 이러한 구분은 오늘날까지 황도12궁으로 불렸습니다. 페니키아에 의해 고대 그리스로 유입된 별자리는 이후 기원후 150년 무렵 클라우디오스 프톨레마이오스가 편찬한 천문서 《알마게스트》에서 48개의 별자리로 기록되었다. 바빌로니아에서 제작된 기원전 3천여년 전의 표석에는 황도12궁을 비롯한 20여개의 별자리가 표시되어 있다. 한편, 고대 중국, 한국 등의 동아시아와 고대 인도에서도 독자적인 별자리를 사용하였습니다. 고대 중국, 한국 등 동아시아에서는 삼 원과 28수를 통해 하늘의 별들을 구분하였습니다. 한국의 삼국시대에는 고구려와 신라에서 첨성대를 이용하여 별을 관측하였습니다. 고구려의 첨성대는 조선 초기까지 존재하였고, 신라의 첨성대는 오늘날에도 우리에게 보존되어 있습니다. 권근의 《양촌집》과 이를 인용한 《대동야승》에 따르면 고구려는 석각 천문도를 제작하였으나 668년에 발발한 전쟁으로 소실되었습니다. 또한 고대 인도에서도 점성술을 위해 조티샤라는 독자적인 별자리 체계를 사용하였습니다. 그러다 1928년 국제 천문 연맹은 지역마다 다르게 사용되어온 별자리를 정리, 88개의 별자리를 확정하였습니다. 관측에 사용하는 망원경이 처음으로 제작되기 시작한 것은 17세기 무렵이었습니다. 갈릴레오 갈릴레이는 최초로 망원경을 이용하여 천체를 관측한 기록을 남겼고, 갈릴레이는 목성에 있는 4개의 위성을 확인하였습니다. 이들은 목성의 주위를 공전하고 있는 것을 관측하였다. 이 4개의 위성은 갈릴레이 위성으로 불리며, 1668년 아이작 뉴턴은 반사망원경을 제작하였습니다.
천체에 대한 관측 성과는 계속하여 발전하여 윌리엄 허셜은 천왕성을 발견하는 한편 수 많은 항성에 대한 관측을 바탕으로 은하의 지도를 제작하였습니다. 그리고 태양계 역시 이동하고 있다는 사실을 관측하였습니다. 허셜의 관측 목록은 NGC 목록의 기반이 되었습니다. 1930년대에 들어 전파 망원경이 세워지기 시작했으며, 전파 망원경은 광학 망원경이 가시광선 영역만을 관측할 수 있는 것과는 다르게, 다양한 대역의 전자파를 관측할 수 있습니다. 전파 망원경의 대표적인 성과는 중성자별의 발견이었습니다. 1967년 케임브리지 대학교의 대학원생이었던 조셀린 벨 버넬과 지도교수 앤터니 휴이시는 전파망원경을 이용하여 주기적으로 전파의 강도가 변하는 별을 발견하였는데, 처음에는 이것이 외계의 지적생명체가 보내는 신호일 지도 모른다고 생각하였으나, 빠르게 자전하는 중성자별에서 발생하는 전자파 변화라는 것이 밝혀졌습니다.
1990년 허블 우주 망원경이 지구 궤도로 발사되었는데 주 거울 지름 2.4m, 경통길이 13m에 달하는 거대한 반사망원경인 허블 우주 망원경은 지구 대기와 주변의 빛 때문에 간섭받는 지상의 천문대와 달리 가장 먼 우주 공간의 영상을 포착할 수 있는 성능으로 많은 영상을 보내왔습니다. 또 허블 딥 필드의 천체들은 적어도 100억 광년 이상 떨어진 천체들입니다.
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