Title: Astronomy in the Church: the Clementine Sundial in Santa Maria degli Angeli, Rome
ArXiv ID: 1106.2976
발행일: 2011-06-16
저자: Costantino Sigismondi
📝 초록 (Abstract)
이 논문은 로마의 산타 마리아 데글리 앙젤리 성당에 위치한 성 클레멘틴 일면시계를 중심으로, 이 시대의 천문학적 기술과 종교적 의미를 탐구합니다. 교황 클레멘스 11세는 프란체스코 비안키니에게 이 일면시계를 건설하도록 명령했으며, 그 결과로 성당은 고도 정밀한 천문 관측 장소가 되었습니다. 논문에서는 이 시계의 과학적 활용과 종교적 중요성을 다루며, 특히 태양과 별의 통과를 통해 시간을 측정하고 춘분 및 부활절의 정확한 계산이 가능하게 된 점에 초점을 맞춥니다.
💡 논문 핵심 해설 (Deep Analysis)
#### 1. 역사적 배경
논문은 로마의 산타 마리아 데글리 앙젤리 성당에 위치한 성 클레멘틴 일면시계의 건설과 그 의미를 탐구한다. 이 일면시계는 교황 클레멘스 11세(1700-1721)가 프란체스코 비안키니에게 명령하여 건설된 것으로, 성당은 고도 정밀한 천문학적 관측을 위한 이상적인 장소로 선택되었다. 이 일면시계는 1655년 볼로냐의 산 페트론리오에 건설된 카시니의 일면시계를 모델로 하였으며, 비안키니는 이를 개선하여 별의 통과 관찰이 가능하도록 만들었다.
2. 과학적 활용
성 클레멘틴 일면시계는 고도 정밀한 천문학적 측정을 가능하게 하는 도구로 사용되었다. 이 시계를 통해 지구의 축 기울기를 정확히 측정하고, 평균 달과 열대년의 정확한 길이를 측정할 수 있었다. 이러한 과학적 활용은 종교적 필요성에 의해 동기 부여되었으며, 특히 그레고리력 개혁(1582)의 매개변수 테스트와 일출 시 태양 통과로 정오 시간을 결정하는 데 사용되었다.
3. 별의 관측
논문은 18세기에 이르러서는 낮에도 별의 통과를 기록할 수 있었음을 강조한다. 남쪽 창을 열어 중력 시계로 정확한 시간을 측정하고, 태양 이미지가 바닥을 가로질러 이동하는 것을 관찰함으로써 별의 고도와 통과 시간을 측정할 수 있었다. 이러한 방법은 항성 시간과 동기화를 가능하게 하였으며, 시리우스 등의 밝은 별이 자명반에 표시되어 정확한 위치를 확인할 수 있었다.
4. 춘분 및 부활절의 계산
논문에서는 일면시계가 춘분과 부활절의 정확한 날짜를 계산하는 데 중요한 역할을 했다는 점을 강조한다. 태양과 별의 통과 시간 차이를 통해 황도 경도를 측정하고, 이를 통해 춘분, 하지 등의 시점을 정확히 결정할 수 있었다. 이러한 계산은 종교적 행사와 민속적인 필요성에 크게 의존하였다.
5. 태양의 관측 및 시간 측정
태양 이미지는 20.34m 높이의 구멍을 통해 생성되며, 이는 카메라 어두움의 광학 법칙에 따라 거꾸로 나타난다. 공기 불안정은 고주파로 전체 이미지를 지속적으로 진동시켜 맨눈으로도 볼 수 있으며, 이를 ±0.4초의 내재적 불확실성을 생성한다. 비디오 카메라와 주요 선에 평행한 10개의 선을 사용하여, 동시 표시되는 라디오 제어 기준 시계를 함께 보여주면 이러한 시간들을 평균화하여 통계적으로 시간 측정을 ±0.1초까지 정밀하게 개선할 수 있다.
결론
성 클레멘틴 일면시계는 단순한 천문학적 도구가 아니라, 종교와 과학이 만나는 중요한 장소였다. 이 시대의 천문학자들은 이 일면시계를 통해 정확한 시간 측정과 별의 관측을 가능하게 하였으며, 이러한 기술은 종교적 행사와 민속적인 필요성에 크게 의존하였다. 논문은 성 클레멘틴 일면시계가 어떻게 교회의 천문학적 기적이자 시간의 수호자가 되었는지를 명확히 보여준다.
이 논문을 통해 우리는 과거의 천문학자들이 얼마나 정밀한 측정과 관찰을 통해 종교와 과학의 경계를 넘어서서 중요한 역할을 했는지 이해할 수 있다. 이러한 기술은 현대에도 계속해서 발전하고 있으며, 과거의 지식이 오늘날의 천문학에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다.
교황 클레멘스 11세(1700-1721)는 프란체스코 비안키니(1662-1729)에게 자정선을 건설하도록 명령했습니다. 비안키니는 일식 위원회 서기였습니다. 그는 성 마리아 데글리 앙젤리의 성당을 선택했는데, 이는 그 건물의 견고한 로마 벽과 기초 때문이었습니다. 또한, 그 성당의 크기가 적절했기 때문입니다. 1655년 지안도메니코 카시니(1625-1712)가 볼로냐의 산 페트론리오에 건설한 일면시계가 비안키니의 모델이 되었습니다. 비안키니는 별의 통과를 관찰할 수 있도록 이를 개선했습니다.
클레멘스 11세는 1702년 10월 6일, 성 브룬노(성 카르투시오회의 창시자)의 축일인 성대한 일면시계를 헌정했습니다. 카르투시오회 수도사들은 이 성당을 3세기 동안, 즉 1884년까지 관리했습니다.
클레멘틴 자명반에서 과학
고대의 벽에 있는 작은 구멍의 안정성은 고도 정밀 천문학을 수행하는 데 필수적입니다. 예를 들어, 지구의 축 기울기를 궤도 평면 위에 대해 측정하는 것입니다. 평균 달의 지속 시간과 열대년의 정확한 측정은 이 자명반의 다른 과학적 과제였습니다. 이러한 과제는 민속과 종교적 요구에 의해 동기 부여되었습니다. 그레고리력 개혁(1582년)의 매개변수는 이 도구를 사용하여 초기 작업 연도에 테스트되었습니다. 일출 시 태양 통과로 각주 기도 시간인 정오를 정확하게 제공했습니다. 또한, 이 자명반은 춘분과 이를 동기로 하는 부활절의 정확한 계산을 가능하게 했습니다.
북쪽 자명반을 사용하여 비안키니는 천구의 극의 실제 고도를 1"의 정확도로 결정할 수 있었습니다. 진위 위도와의 차이는 30년 후에 별의 편차로 인해 발견되었습니다.
별의 관측
18세기에는 남쪽에 있는 작은 구멍의 창을 열어, 심지어 낮에도 별의 통과를 기록하고, 중력 시계로 정확하게 시간화할 수 있었습니다. 이러한 시계의 정확도는 하루에 1초 미만이었습니다. 별의 통과 관측은 그 시계를 항성 시간과 동기화하는 것을 가능하게 했습니다. 1702년의 위치에 따라 일부 밝은 별의 이름이 자명반의 구슬에 새겨져 있습니다. 가장 밝은 별인 시리우스(Sirius)는 번호 161 근처에 있습니다.
2005년 2월 4일, 태양이 시리우스의 고도와 동일한 고도로 통과하는 것은 1702년의 시리우스 관측과 유사했습니다. 비안키니는 1703년 6-7월에 정오에 시리우스의 관측을 보고했습니다. 성당의 창문은 외부 텐트로 어두워졌고, 작은 구멍의 태양 이미지가 오늘날과 마찬가지로 바닥을 가로질러 이동했습니다. 망원경의 시야를 자명반에 투사하면 별이 춘분 시점에서 자명반을 통과할 때와 같은 고도에서 관측되었습니다. 다른 별들은 자명반에 이름과 적경(right ascension)이 새겨져 있습니다. 구슬의 브라스 별은 자명반의 중위도 고도를 나타냅니다.
춘분, 하지, 열대년 및 적도의 기울기
클레멘틴 자명반의 이 독특한 기능은 태양과 별의 통과를 측정하는 것을 가능하게 하여 비안키니로 하여금 1703년에 열대년의 전체 지속 시간을 측정할 수 있게 했습니다. 이는 일반적으로 시간적으로 매우 분산된 관측을 비교하여 수행됩니다. 고정된 별의 통과와 태양의 통과 사이의 시간 차이는 태양의 황도 경도를 제공합니다. 이는 춘분, 하지, 추분, 동지 시점에서 각각 0°, 90°, 180°, 270°가 됩니다. 전통적으로 황도 30도 구간은 별자리 표시로 연결됩니다. 예를 들어, 양자리(Aries)는 0°에서 30°의 황도 경도를 나타냅니다. 그러나 춘분의 미세 진동으로 인해 더 이상 별자리와 황도 경도가 일치하지 않습니다.
태양의 시각적 관측 및 시간 측정 방법
태양의 고도는 고전 천문학에서와 같이 장경(longitudes)을 측정하는 데 유용했습니다. 지구의 축 기울기를 에클립틱 평면과의 각도로 정확히 측정하기 위해 굴절 효과를 보정할 수 있었습니다. 이를 위해 비안키니(Bianchini)는 카시니(Cassini)가 산 페트론리오(San Petronio), 볼로냐에서 계산한 굴절 표를 사용했습니다.
태양 이미지 및 고도
태양 이미지는 20.34m 높이의 구멍을 통해 생성되며, 이는 타원형이며, 주요 축에 수직인 작은 축의 길이는 구멍 거리 대비 약 1/100입니다. 이미지는 카메라 어두움의 광학 법칙에 따라 거꾸로 나타납니다. 공기 불안정은 고주파로 전체 이미지를 지속적으로 진동시켜 맨눈으로도 볼 수 있습니다. 이 현상은 ±0.4초의 내재적 불확실성을 생성합니다. 비디오 카메라와 주요 선에 평행한 10개의 선을 사용하여, 동시 표시되는 라디오 제어 기준 시계를 함께 보여주면 이러한 시간들을 평균화하여 통계적으로 시간의 측정을 개선할 수 있습니다. 이를 통해 ±0.1초까지 정밀하게 측정할 수 있습니다. 이 병렬 통과 방법은 시간이 지남에 따라 통과 시간이 에페머이드(ephemerides)와 비교하여 서서히 변하는 것을 확인하는 데 사용되었습니다. 지구 자전 속도의 점진적인 감속으로 인해 1초의 도약이 우주의 조정된 시간(UTC)을 에페머이드에 가깝게 유지하기 위해 추가되었습니다. 선이 진정한 북위에서 동쪽으로 약 4분 30초 벗어난 작은 편차가 이 기술로 측정되었습니다. 양 극성의 통과 지연을 비교하여 에페머이드와 비교했습니다.