The Discovery of Neptune
by 안톤 판네쿡
- 출전: Centaurus, Volume 3, Issue 1 (September 1953), pp. 126-137.
- 출처:
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Ⅰ
19세기 천문학에서 이루어진 발견들 가운데, 해왕성의 발견은 가장 중요한 것은 아닐 수도 있으나, 확실히 가장 유명한 것이었으며, 극적인 전개로 굉장한 센세이션을 일으켰다. 해왕성이 발견되기에 이르는 사건의 행로는 이미 많이 설명되어 대강의 줄거리가 잘 알려져 있다. 윌리엄 허셜(William Herschel)이 1781년에 천왕성을 발견하자, 이후 몇년간 천왕성의 궤도가 계산되었다. 계산 결과, 천왕성은 18세기에 이미 여러 번 관측되었으나(플램스티드[John Flamsteed]가 1690년・1712년・1715년에; 브래들리[James Bradley]가 1753년에; 마이어[Tobias Mayer]가 1756년에; 르 모니예[Pierre Charles Le Monnier]가 1750년・1764년・1768년・1769년・1771년에) 그때는 붙박이별로 착각되었다는 것이 밝혀졌다. 다른 행성들, 특히 목성과 토성으로 인한 섭동을 고려해가면서 천왕성의 운동을 애써 연구한 결과, 1821년에 알렉시 부바르(Alexis Bouvard)가 표를 완성했다. 그런데 계산표를 완성하고 보니, 초기 관측 결과가 천왕성 발견 이후 계산된 것과 영 맞지 않는 것이었다. 심지어 그 뒤로 세월이 지날수록 천왕성의 궤도는 점점 더 계산으로부터 벗어났다. 1835년에 편차가 이미 30″였고, 1841년이 되면 70″까지 벌어졌다. 뿐만 아니라 그리니치 천문대 대장 에어리(George Biddell Airy)는 1833년-35년의 관측을 통해, 천왕성의 동경벡터(i.e. 그 행성에서 태양까지의 거리)도 계산된 궤도와 맞지 않는다는 것을 발견했다. 1830년대에 천문학자들은 이런 불일치의 원인이 미지의 천체, 즉 천왕성보다 더 멀리 있는 행성의 섭동인력 때문이라는 확신을 갖게 되었다. 이렇게 추정하고 보니 떠오른 문제: 천왕성의 운동의 섭동에 대한 지식으로부터, 미지의 천체의 위치와 궤도를 유도할 수 있지 않을까? 1836년에 메리 소머빌(Mary Somerville)은 이 문제를 이렇게 표현했다: “이 불일치는 127우리의 시야 너머에 있는 천체의 존재를, 어쩌면 그 천체의 질량과 궤도까지 노정하는 것일 수도 있다.”
당대 관측천문학의 대가 베셀(Friedrich Bessel)은 진작 이 문제에 관심을 가졌다. 1840년에 쾨니히스베르크에서 한 강의에서 베셀은 자기 제자 플레밍(Wilhelm Flemming)이 이 이미 문제를 풀기 시작했다고 선언했다. 그러나 플레밍은 예비단계의 계산만 좀 해놓은 뒤 요절해 버렸고, 베셀이 몸소 이 문제를 풀고자 했으나 다른 할 일이 너무 많아 못 하다가 1846년에 죽어버렸다. 1843년, 케임브리지대학교 수학과 학생 존 카우치 애덤스(John Couch Adams)가 이 문제에 뛰어들었다. 애덤스는 1845년 9월에 미지의 행성의 궤도와 위치에 관한 첫 연구결과를 케임브리지 천문대 대장 챌리스(James Challis)에게 제출했고, 챌리스는 이것을 9월 22일에 에어리에게 알렸다. 애덤스는 에어리와 연락을 취하려 했으나 몇 차례 불운하게 연락이 실패한 끝에, 개선된 새 결과를 에어리에게 보냈다. 이 결과에 따르면 미지의 행성의 평균황경은 325° 7′였다. 에어리는 애덤스에게 보낸 답신에서, 자신이 발견한 동경벡터 불일치도 애덤스의 결과로 설명될 수 있는 것인지 물었다. 애덤스가 이 질문에 답을 내놓아 보였다면(아마 쉽게 답을 낼 수 있었을 것인데), 보다 많은 관심을 받을 수 있었을 것이다. 그러나 애덤스는 답을 해주지 않았고, 에어리는 이 젊은이의 연구의 진지함에 의구심을 품고 애덤스에게 관심을 꺼 버렸다. 훗날 영국인 저자들은 이 때 해왕성 발견의 영광이 자기네 나라의 손을 떠나 버렸다면서, 어째서 일이 이렇게 된 것인지 이해할 수 없다고 논했다. 그러나 애덤스가 극단적으로 겸손한 성격의 소유자였음을 고려하면 이것은 이해함직한 일이다. 내성적인 사람들은 남들 앞에 나서기를 싫어하고, 격려가 아닌 불신을 느끼면 물러나는 경향이 있는 것이다.
1845년, 자기 삼촌의 과업을 이어받은 외젠 부바르(Eugene Bouvard)가 새로운 천왕성 운동표를 발표했다. 여전히 불일치가 심했다. 같은 해, 아라고(François Arago)가 르베리에(Urbain Leverrier)에게 천왕성 문제에 부딪혀 보라고 제안했다. 유능하고 자신만만하며 예리한 이론가였던 르베리에는 이미 1840년에 수성의 운동을 연구해서 이름을 알렸다. 르베리에는 자기 작업에 건전한 토대를 부여하기 위해, 바로 천왕성의 운동을 철저하게 관측하기 시작했다. 신중한 관측 결과 천왕성의 섭동을 부바르보다 더 완전하고 정확하게 계산해냈다. 르베리에의 계산 결과는 1845년 11월 파리 한림원에 제출되었다. 1846년 6월 1일, 미지의 천체의 궤도와 질량에 대한 보고가 뒤따랐고, 어디서 발견될지 위치도 비정되었다. 염소자리의 황경 약 325° 위치였다. 여기서 주지해 128둬야 하는 것은, 완전히 미지의 존재자인 천왕성 궤도를 교란하는 행성의 경로를 결정하는 것은 너무 어려운 문제였을 것이고, 해결이 거의 불가능했으리라는 것이다. 미지의 숫자가 따로따로 너무 많이 있었기 때문에, 뭐라도 하나 제대로 정의되어 있지 않으면 실용적인 값을 구하는 것은 불가능했다. 그러므로 르베리에는, 애덤스도 그랬지만, 행성들과 태양 사이의 거리에 관한 타티우스-보데 법칙의 유효성을 가정하는 것으로 출발했다. 이로부터 르베리에는 미지의 행성의 장반경을 천왕성의 두 배인 38로 추정했다. 장반경이 38이면 공전주기는 230년이 된다. 그러면 이제 남은 것은 궤도이심률의 크기와 방향, 질량, 그리고 황경(i.e. 궤도상에서의 위치)였다. 이 중에서 가장 중요한 것은 황경이었다. 이 계산의 주된 목표가 관측자들이 행성을 실제로 발견할 수 있도록 정보를 제공하는 것이기 때문이었다.
르베리에의 논문은 발표된 직후에는, 다만 영국의 에어리가 르베리에의 결과가 애덤스의 것과 비슷하다는 것을 깨닫고 애덤스의 연구 결과의 가치와 실체를 깨닫기 시작한 것 외에는, 별다른 반응을 얻지 못했다. 에어리는 챌리스에게 행성 추적 계획을 제안했다. 당시에는 완전한 성도(star-maps)가 없었기 때문에, 이 작업이 광범위한 노동(extensive labour)이 될 것임을 그들은 깨달았다. 망원경으로만 보이는 광대한 공간의 수백 개의 별들 가운데서 움직이는 것 하나만 찾기 위해서는, 다른 모든 별들 또한 목록으로 정리되어 확인되어야 했다. 챌리스는 7월 29일부터 대규모 관측작업을 개시했다. 그러나 8월 첫째주까지 계속되던 별 정리 작업은, 혜성 계산 작업이 시급해지면서 우선순위가 미루어졌고, 관측 결과의 정리와 비교는 연기되었다. 이 때 연기되지 않았다면 분명히 챌리스가 8월 4일과 12일에 관측했던 별들 가운데 움직이는 별을 발견했을 것이다.
그래서 훗날 챌리스는 처음에는 애덤스를 믿지 않았다고, 나중에는 끈기가 없었다고 이유로 자기 나라 사람들에게 심하게 욕을 들어먹었다. 하지만 그럼에도 불구하고 이 작업을 유럽에서 처음 시작한 것이 챌리스였음은 기억되어야 한다. 다른 어느 나라에서도, 심지어 프랑스 파리에서도 르베리에가 계산해낸 위치에서 행성을 추적할 생각을 하지 못했다. 결과의 확실성도 없는데 어렵고 성가실 것이며, 다른 작업을 희생하게 될 것이라고 생각되었다. 계산의 정확성에 대한 실증적 불신은 없었으나, 실제로 보이는 천체가 이론적 계산의 대상과 일치할 것이라는 확신도 없었다.
그러는 동안에도 르베리에는 계산을 계속했고, 1846년 8월 31일 미지의 행성의 궤도 요소들을 최소제곱법으로 계산된 오차범위와 함께 한림원에 제출했다. 이제 장반경은 좀 129작아졌고(36.15), 이심률은 0.1076에 근일점은 284° 15′, 1847년 1월 1일의 진일심황경은 326° 32′ ± 5°, 질량은 1/9300 태양질량으로 계산되었다. 르베리에는 미지의 행성의 밀도가 천왕성과 같을 것이라고 가정하여 시직경 3″을 구했다. 이 정도면 행성이 점이 아닌 원반으로 보여서 붙박이별과 충분히 구분할 수 있는 크기였다. 애덤스 또한 계산을 계속 수정해서 장반경 값을 37.25로 줄였다. 애덤스가 계산한 이심률은 0.1206에 근일점은 299°, 질량은 1/6600 태양질량, 1847년 1월 1일의 진황경은 329° 57′이었다. 이런 값을 가지는 행성의 영향을 감안해서 천왕성의 궤도를 다시 계산하니, 18세기에 이루어진 관측값들이 거의 만족스럽게 들어맞았다. 다만 1690년의 관측사례 하나만 50″의 불일치를 보여주었다. 1780년 이후로 이루어진 나머지 관측은 모두 1-2″의 미미한 불일치를 보여주다가, 최근의 관측사례로 오면 다시 편차가 10″로 올라갔다. 애덤스는 장반경을 33.5까지 더 줄이면 이 나머지 불일치들이 제거된다는 것을 깨달았다. 1846년 9월, 애덤스는 이러한 결과를 에어리에게 보냈고, 동시에 에어리가 예전에 질문했던 동경벡터 값도 계산해서 보냈다.
챌리스가 관측을 했다는 사실을 전혀 모르고 있던 르베리에는, 천문학자들이 자기가 계산한 위치에서 예측된 행성을 찾아내려는 노력을 하지 않고 있다고 생각하여 조급해졌다. 9월 18일, 르베리에는 베를린 천문대의 갈레(Johann Gottfried Galle)에게 편지를 써서 자기 논문을 발췌인쇄해준 것에 대해 감사를 표하고, 동시에 갈레가 가지고 있는 대빵 큰 망원경으로 문제의 영역을 샅샅이 뒤져서 시직경 3″의 원반으로 구분되는 별이 있는지 확인해 달라고 부탁했다. 편지는 9월 23일에 독일에 도착했고, 편지를 받은 당일부터 갈레는 작업에 착수했다. 갈레의 조수였던 천문학 대학원생 다레(Heinrich Louis d'Arrest)는 르베리에가 주문한 바로 그 지역의 성도가 마침 인쇄되었다는 사실에 주목했다(베를린 한림원의 호라21번[Hora XXI] 성도. 이 성도는 인쇄는 되었으나 아직 다른 천문대들에 배포되지는 않은 상태였다). 두 천문학자는 성도를 가져와 하늘로 비교해 보고, 곧 성도에는 없는 8등급 별을 발견했다. 문제의 행성은 르베리에가 예측한 위치에서 1° 덜 떨어진 위치에 있었다. 바로 그날 밤 이루어진 관측에서, 행성은 예측대로 1′의 변위를 보여주었다.
Ⅱ
이 소식이 유럽 전역에 확산되자, 과학자들 그리고 교양 있는 대중들 사이에서 열광이 폭발했다. 과학의 130권능과 확실성이 이와 같이 극적으로 증명된 적이 전에 없었다. 알려진 적도 없고 본 적도 없는 천체가 수학자의 책상 위에서 연필과 종이만 가지고 발견된 것이다. 이것은 뉴턴의 만유인력 법칙의 찬란한 증거였다. 천왕성의 관측된 운동이 계산된 궤도와 맞지 않는다는 것이 밝혀졌을 때, 천왕성을 교란시키는 천체가 있을 수밖에 없다는 주장이 제기되었다. 그리고 그 천체가 정말 실존했다. 르베리에의 이름이 모든 사람들의 입에 오르내렸고, 언론은 르베리에의 발견을 금세기 최대의 사건으로 찬양했다. 각국 정부들과 프랑스 국내외의 학회들에서 보내온 축하와 경의가 르베리에에게 쏟아졌다. 프랑스 사람들은 르베리에의 천재성이 찬양받을 때마다, 저명한 수학자를 무수히 배출한 프랑스니까 그런 천재가 나온 것이라며 르베리에의 영광을 자기 일처럼 공유했다.
그러나 이런 열정이 크다고 해서, 그것이 그 발견이 과학의 진보에 있어서 얼마나 중요한지 그 척도가 되는 것은 아니었다. 이후 과학의 발전사에서 이것보다 훨씬 더 중요한 발견이 많이 있었으나, 그 발견자들 중에 이런 수준의 호사를 누린 사람은 없었다. 개중에는 심지어 대중에게는 제대로 알려지지도 못한 사람도 있었다. 사실, 이 발견은 (대중 수준의 설명에서 흔히 언급되는 것과 같이) 뉴턴의 법칙을 최초로 실천적으로 입증한 것도 아니었다. 다른 행성들도 모두 계산된 경로를 정확하게 따라서 운동한다. 만유인력 법칙으로 궤도가 계산된 모든 천체의 관측은 동등하게 그 법칙의 진실성의 결정적 증거이다. 그러나 차이가 있었다면, 그것은 교육을 받지 못한 대중들에게마저도 깊은 인상을 심어줄 수밖에 없었던 과학의 승리라고 해야 할 것이다. 그런데 어째서 무지한 일반인들의 판단이 과학적 인정의 기준이 된 것일까?
우리는 해왕성의 발견이 당대의 정신적・사회적 투쟁의 일환으로서 수행한 역할을 고려해야 한다. 때는 바야흐로 “계몽(獨 Aufklärung; 英 enlightenment)”시대, 즉 신흥계급 부르주아지가 전통적 믿음들로부터 벗어나서 그것들을 대신할 강력한 대체물로서 자연과학에 주목하던 시대였다. 급속한 산업화와 대공업의 발전으로 부르주아지(“중간계급[middle class]”)는 사회에서 점점 더 중요한 세력이 되었고, 사방에서 정치권력과 인민에 대한 정신적 영향력을 놓고 기존 지배계급과 투쟁을 벌였다. 이것은 종종 자유주의와 보수주의의 대결이라는 구호로 표상되었다.
이 투쟁은 바야흐로 절정에 다다르고 있었다. 영국에서는 1640년-60년 청교도혁명 이래로 이 투쟁이 계속되어왔고, 많은 진전의 단계를 거친 뒤 1832년 선거법 개혁과 1846년 곡물법 폐지로 부르주아지가 이미 최고권력을 사실상 장악하는 상황에 이르렀다. 한편, 프랑스(부르주아지 최초의 승리가 1789년에 있었음)와 네덜란드(최초의 승리가 13116세기 에스파냐에 대한 독립전쟁이었음)에서는 아직 부르주아지가 권력을 얻지 못했으나, 1848년에 결국 권력을 얻게 될 예정이었다. 한편 독일과 이탈리아에서는 정치적으로 통합된 국가로의 통일이 먼저 이루어진 뒤에야 계급투쟁이 실질적으로 시작될 것이었다.
영국에서는 해왕성이 발견되기 전에 이미 상인・산업자본가・은행가들이 사실상 완전한 승리를 거두었다. 그러나 다른 나라들에서는 구태 지배권력──절대주의・귀족・교회──에 대한 투쟁이 아직 진행 중이었고, 부르주아지가 인민 대중에게 자기들의 새로운 원리를 선전해서 대중을 자기들 편으로 포섭할 필요가 있었다. 부르주아지의 목표는 구세계를 지배하던 전통적 교의들을 새로운 과학적 진리로써 물리치는 것이었다. 많은 대중서가 출판되어 인민 대중 사이에 자연과학이 파종되었다. 이 작업에서 학자들(Scholars), 과학자들, 그리고 대학에서 훈련받은 지식인들이 가장 중요한 역할을 수행했다. 그들이라고 대중을 모두 과학도로 바꾸어놓고자 했던 것은 아니다. 다만 과학에 대한 믿음이 교회 교리에 대한 믿음을 대신해야 할 필요가 있었다. 그러던 차에 해왕성의 발견 같은 놀라운 발견은 과학의 진리성에 대한 확신을 고무하는 목적을 더욱 촉진하기에 최적의 사건이었다. 이제 진리는 가장 무식한 사람들에게마저도 증명되었다. 따라서, 과학계 종사자 뿐 아니라 새로운 관념에 동조하는 교양있는 사람들 사이에서 열광이 대단했던 것이다. 그래서 르베리에가 행복한 발견자이자 조국 사람들의 자랑으로서 호사를 누렸던 것이다.
부르주아지가 이미 패권을 잡은 영국에서는, 성직자 전통에 반하는 과학적 계몽을 위한 열정적 투쟁이 거의 보이지 않았다. 이것은 애덤스의 연구가 천문학계 지도자들에게조차 차분한 무관심의 대상이 되었는지 그 이유를 확실히 설명해 준다. 에어리는 1846년 6월에 르베리에에게 보낸 축하 편지에서 천왕성의 동경벡터 섭동에 관해서 캐물었을 뿐, 애덤스의 연구 얘기는 기괴하게도 한 마디도 하지 않았다. 마치 영국인들이 국민적 자긍심의 허울을 일부러 피하는 것처럼 보일 지경이었는데, 아마도 이것은 당대에 매우 강력했던 자유무역과 세계평화를 향한 코스모폴리탄 멘탈리티의 징후였을 것이다. 애덤스의 연구는 해왕성이 발견된 뒤에야, 존 허셜(John Herschel)이 학술지 『아테나이움』(Athenaeum) 지면에서, 그리고 사적 편지들에서 언급했을 뿐이었다. 그러나 그나마도 그것은 르베리에의 주장을 찬미하면서 인정해 주는 동시에, 애덤스의 공적이 과소평가되었다는 굉장히 신중한 표현으로 언급된 것이었다. 그런데도 허셜의 글은 파리의 무한한 열광에 찬물을 끼얹는 것처럼 받아들여졌고, 프랑스에서는 영국인들에 대한 불신과 분개와 분노, 심지어 부정직에 대한 의심까지 일어났다. 132그럴만도 했던 것이, 불확실한 가설의 단계였을 때는 침묵하던 영국인 천문학자들이 발견이 이루어지고 나니 명예와 영광의 지분을 주장한 것이었으니 당연히 불신의 대상이 될 만한 일이었다. 또한 르베리에의 초인적 천재성으로 해결된 문제가 영국의 일개 대학원생이 먼저 해결했다는 생각은 프랑스의 국민적 자존심에 큰 상처를 주었다. 그러나 모든 것이 밝혀진 뒤에는 반박의 여지가 없었고, 프랑스인들은 영국인 애덤스와 명예를 공유해야 했다.
1846년 연말에 양쪽의 연구가 모두 발표되자, 두 사람이 이 문제에 대처한 방식이 얼마나 달랐는지 분명해졌다. 애덤스는 이것을 평이한 규칙에 따라 해결되는 단순한 수학 문제로 여겼다. 모든 미지수──섭동되지 않은 천왕성의 궤도요소와 섭동을 일으키는 미지의 행성의 궤도요소──에 대한 정규방정식을 세우고 천왕성의 미지수를 없애나갔다. 그러고 나서 나머지 미지수(미지의 행성의 궤도황경・이심률・근일점 황경・질량)를 1780년 이래로 꾸준히 수행되어 온 관측자료와, 그 이전의 파편화된 자료들을 결합해서 근사값으로 얻어냈다. 그러고 나서는 궤도 차원의 다른 추정값에 대해서 같은 계산을 반복했다. 이 모든 것이 정리된 논문의 분량은 31쪽에 불과했다. 반면에 르베리에는 이것을 난해한 천문학 문제로 여겼고, 르베리에의 논문 분량은 254쪽에 달했다. 그 중에 150쪽은 미지의 행성에 의해 천왕성이 섭동을 받는다는 이론을 전체적으로 철저히 재점검하여, 미지의 천체가 궤도를 교란하지 않는 이상 천왕성의 운동을 설명할 다른 방법이 없음에 대하여 일말의 불확실성도 남기지 않는 작업에 할애되었다. 그 뿐인가, 그 다음 작업도 아주 대단했다. 천천히 변화하는 천왕성의 궤도 편차로부터 미지의 행성의 위치를 결정하는 것은 고통스러운 수색의 작업이었다. 심지어 때로는 질량값이 음수가 나와서 해식이 말이 안 되는 것처럼 보일 때도 있었다. 르베리에는 “처음에 내게 이런 일이 있었음을 기꺼이 인정한다. 내 연구는 오랫동안 이 부분이 어려워서 지지부진했었다”고 인정했다.[１]
르베리에는 황도를 일정한 간격으로 40개로 나누고, 각각의 부분에 대해서 완전한 계산을 수행하는 것으로써만 행성의 위치를 결정할 수 있었다. 그리고는 장반경을 35.04와 37.80 사이로 제한함으로써 위치를 보다 정밀하게 좁혔다. 하여 르베리에의 작업은 능숙한 기교와 인내심을 요하지만 그 결과 완전하고 결정적인, 공들인(laborious) 연구라는 인상을 주었다. 하지만 달 운행론을 연구한 이론가인 고타 천문대의 한센(Peter Andreas Hansen)의 133 견해에 따르면, 애덤스의 연구가 르베리에보다 수학적으로 더 아름다운 것이었다.[２] 에어리도 나중에 같은 견해를 피력했다. 1848년, 애덤스와 함께 영국 왕립천문학회 기념메달을 받은 르베리에는 영광을 나누어야 하는 상대로서 애덤스를 부끄러워할 필요가 없음을 이미 깨닫고 있었다. 애덤스는 이미 천체역학 분야에서 중요한 인물로서 인정받기 시작하고 있었다. 당시 상황만 보면 격렬한 개인적 갈등에 필요한 모든 요소가 갖추어져 있었지만, 겸손하면서도 철저하게 허영과 야망이 없는 애덤스의 성격 덕분에 두 사람은 서로의 과학적 공적을 인정하면서 친구가 될 수 있었다. 르베리에는 모든 대형 행성들을 아우르는 이론을 해결하는 거대한 작업을 무서운 인내심과 기민함으로써 완성해낸 사람이었다. 애덤스는 깊이 파고드는 추론으로 가장 어렵고 논쟁적인 이론적 문제를 결정적으로 해결할 수 있는 사람이었다.
두 사람의 이론적 발견이 동시에 나타난 것은 과학의 세계에서 특별한 의미를 가지고 있다. 그것은 위대한 발견이 우연히 일어나는 것도 아니고, 한 사람의 천재의 업적도 아니며, 과학계 전체의 발전에 따른 자연스러운 결실임을 보여준 것이다.
Ⅲ
그러나, 천문학자들의 어려움과 의견불일치는 아직 끝난 것이 아니었다. 1846년 10월 초엽에──새로이 발견된 행성의 정확한 관측이 여러 번 이루어지자마자──애덤스는 챌리스가 8월 4일과 12일에 수행한 관측자료까지 더해서 궤도를 근사적으로 계산했다. 궤도는 태양으로부터 30 천문단위 떨어져 있었는데, 기존에 계산된 것에 비해 상당히 작은 값이었다. 이 차이는 1847년 2월에 애덤스와 다른 사람들이 계산한 궤도에 의해 더욱 설득력을 얻었다. 이렇게 새로 계산된 궤도에 기반해서, 1795년에 랄랑드(Jérôme Lalande)가 두 차례 해왕성을 붙박이별로 기록했다는 사실이 또한 밝혀졌다. 미국의 워커(Sears Cook Walker)가 이 위치를 이용해서 해왕성의 정확한 궤도를 계산했다. 워커는 해왕성의 장반경을 30.04로, 이심률을 0.0086으로 계산했는데, 이 장반경은 르베리에가 계산한 장반경 하한 35.04보다 훨씬 작은 것이었다.
이 결과는 천문학자들 사이에 적지 않은 경악을 불러일으켰다. 해왕성의 실제 궤도는 르베리에와 애덤스가 각자 독립적으로 계산한 궤도 어느 쪽과 비교해도 완전히 딴판이었던 것이다. 르베리에가 계산한 공전주기는 134217년이었는데, 워커의 계산에서는 165년으로 확 줄어들었다. 결과적으로, 실제 해왕성은 대부분의 경우 예측된 궤도로부터 계산된 것과 완전히 다른 위치에 있었다. 그러므로 천왕성의 인력은 완전히 달라졌어야 했다. 그렇다면, 1846년에 해왕성이 발견된 그 순간에는 하필 해왕성의 실제 궤도와 계산된 궤도가 그렇게 가까웠던 것을 어떻게 설명해야 할까? 미국인 천문학자 피어스(Benjamin Peirce)는 해왕성은 르베리에와 애덤스가 계산한 궤도를 가지는 행성이 아니라, 우연히 그 때 두 사람의 궤도와 가까이 겹쳤던 별개의 궤도를 가지는 행성이었다는 대강의 진술로 이 딜레마를 예리하게 표현했다. 파리 한림원에서 이 문제로 질문을 받은 르베리에는 물리학자 바비네(Jacques Babinet)의 피상적인 결론들에 짜증이 나서, 계산된 궤도가 모든 요건을 충족한다고 말하고, 오차범위를 예전보다 훨씬 크게 잡는 것으로 넘겨 버렸다. 하지만 그런다고 이 딜레마가 해결되는 것은 아니었다. 신문 지상에는 자기들의 새로운 행성을 잃어버린 천문학자들과 가상의 해왕성을 조롱이 등장하기 시작했다. 유럽의 천문학자들은 이 모든 문제에 침묵을 지키거나, 혹은 피어스와 워커의 “공격”으로부터 르베리에를 지켜주기 위해 일어섰다. 슈트루베(Otto Wilhelm von Struve)와 존 허셜은 후자였다. 어느 쪽이든 유럽 천문학자들은 해왕성의 실제 궤도를 정밀하게 연구해 볼 생각을 하지 않았다.
두 미국인 천문학자는 자기들이 제기한 문제를 자기들이 해결했다. 피어스와 워커는 우선 모든 관측자료를 이용하고 모든 섭동을 고려해서 해왕성의 궤도를 최대한 정확하게 계산했다. 그 다음 이 실제의 해왕성에 의해 섭동을 받은 천왕성의 궤도를 계산했다. 그러자 르베리에와 애덤스가 사용한 모든 천왕성 관측자료가 실제 행성과 “예측된” 행성을 모두 잘 표현할 뿐 아니라, 가장 이른 1690년 관측자료와 보다 최근의 관측자료들이 모두 관측된 궤도와 일치한다는 사실을 알 수 있었다. 두 사람의 연구 결과는 어떻게 이런 결과가 나오게 된 것인지 설명도 될 수 있었다. 많은 수학 문제가 그렇듯이, 애덤스와 르베리에가 해결한 문제에서도, 모든 데이터를 만족시킬 수 있는 서로 다른 해가 여럿 존재했다. 이 데이터, i.e. 천왕성 궤도의 편차는 섭동 그 자체가 아니었고──만약 이 사실을 알았다면 더 빠르고 간단하게 해를 찾았을 것이다──섭동의 영향을 받고 있는 궤도로부터 계산된 섭동이었다. 관측 데이터는 다양한 방법으로 이러한 구성요소들(궤도와 섭동)로 분해될 수 있었다. 애덤스와 르베리에는 해왕성과 태양 사이의 거리를 38로 잡고 출발해서 하나의 해를 발견했지만, 실제 해왕성은 그것과 다른 해를 가졌던 것이다.
이게 어떻게 된 상황인지, 다음 그림을 보면 명료하게 알 수 있다. 이 그림은 천왕성과
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유럽에서는 피어스와 워커의 이러한 연구가 별다른 반응을 얻지 못했고, 사실 거의 무시되었다. 네덜란드 라이던 천문대의 카이세르(Frederik Kaiser)는 유럽 천문학자들의 이런 비과학적인 태도에 놀라고 또 불만을 품었다. 카이세르는 『행성들의 발견사』(1851년)라는 대중서에서, 유럽 과학자들이 해왕성의 발견을 “대중에게 과학이 완벽하다는 믿음을 주기 위한 수단으로만 여기고 있다,” “그들은 이 발견을 통해, 자신들의 과학이 인간의 산물로는 결코 도달할 수 없는 완벽함을 갖추었음을 증명하고 싶어했다.” “그래서 예측과 사실의 일치에 의문으로 작용할 수 있는 모든 것을 선입견을 갖고 배척했다.” “유럽의 그 누구도 그렇게 사랑받는 이론을 반증할 가능성이 있는 연구를 감히 하는 위험을 부담하고 싶어하지 않았다.” “북미 사람들은 이 발견이 기적이라고 박수갈채를 보내기보다, 자신들의 연구가 과학의 번영에 기여하도록 더욱 열심히 정진했다” 라고 말했다.
카이세르의 말마따나, 유럽 과학자들의 태도가 과학 자체가 아니라 과학의 사회적 기능에 지배되고 있었음이 분명해 보인다. 발견의 찬란함이 의심과 논쟁에 자리를 내주게 되자, 승리의 느낌은 발견의 선전효과와 함께 사라졌다. 예측이 입증되지 못했다면 그것은 과학에서는 새로운 발견을 위한 일보전진을 의미하지만, 사회문화적 투쟁에서는 그 예측을 더이상 활용할 수 없게 되는 후퇴를 의미하는 것이다. 그러므로 유럽 학계의 쪽팔린 침묵은 이런 맥락에서 이해될 수 있다. 미국에서는 이런 투쟁이 남 얘기였다. 미국에는 기존의 지배권력, 즉 강력한 교회에 기대는 봉건세력이 존재하지 않았다. 미국 이민자들이 유럽에서 가져온 종교는 대개 본국에서 137박해당하던 비국교였고 철저하게 민주적이었으며, 미국인들 자신은 자유시민이었다. 그러므로 미국에서는 19세기 중반 유럽에서 중요하게 전개된, 자연과학이 새로운 정신문화의 기저가 되는 사회진보를 위한 열정적 투쟁 같은 것을 할 필요가 없었던 것이다.
주석
- ↩ J’avouerai sans peine que c'est ce qui m'est d'abord arrivé; longtemps j'ai été arrêté dans mes recherches par cette difficulté (p. 175).
- ↩ Cf. F. Kaiser’s narrative Gotha en de Seeberg. p. 33. (De Gids, 1848).