우주
역사적 개념들 > 천문학적 개념들

이 부분의 본문은 천문학사 및 en: Timeline of astronomy입니다.
식별 가능한  현대 천문학의 선조들에 대한 최초의 기록들은 기원전 약 3000년에서 1200년 사이에 고대 이집트와 메소포타미아에서 나왔다. 기원전 7세기의 바빌론의 천문학자들들은 세계를 바다로 둘러싸인 한 평평한 원반으로 보았고, 또한 이것은  아낙시만드로스와 밀레토스의 헤카타이오스와 같은 초기 그리스 지도들의 전제를 형성한다.
후기 그리스 철학자들은, 천체의 움직임들을 관찰하면서, 경험적 증거에 더 깊이 기반을 둔 우주 모형들을 개발하는 데 관심을 가졌다. 첫 번째 일관된 모형은 하늘의 움직임들이 원형이어야 한다는 플라톤의 생각을 따랐던 플라톤의 학생인 크니도스의 에우독소스에 의해 제안되었다. 행성 운동들의 알려진 복잡성, 특히 역행 운동을 설명하기 위해서, 에우독소스의 모형은 27개의 다른 천체 구들(celestial spheres)을 포함했다: 육안으로 볼 수 있는 각 행성들에 대해 4개, 태양과 달에 대해 각각 3개, 항성들에 대해 1개이다. 이들 모든 구체들은 지구를 중심으로 하였고, 이것은 그것들이 영원히 회전하는 동안 움직이지 않았다. 아리스토텔레스는 이 모델을 정교화해서, 행성 운동의 더 자세한 사항을 설명하기 위해서 구체의 수를 55개로 늘렸다. 아리스토텔레스에게는, 정상적인 물질은 전적으로 지상의 구체에 포함되어 있으며, 또한 그것은 천상의 물질과는 근본적으로 다른 규칙들을 따랐다.
아리스토텔레스-이후의 논문 《데 문도(De Mundo)》(저자 및 날짜가 불확실한)는 "다섯 개의 지역에 있는 구체에 위치한 다섯 개의 원소들은 각각의 경우에 더 작은 것이 더 큰 것―즉, 물로 둘러싸인 땅, 공기로 둘러싸인 물, 불로 둘러싸인 공기, 그리고 에테르로 둘러싸인 불―에 의하여 둘러싸여 전체 우주를 구성하고 있다"고 언급했다.
이 모형은 또한 칼리푸스Callippus에 의해 개선되고 또한  동심 구체들이 포기된 후에, 그것은 프톨레마이오스의 천문 관측과 거의 완벽하게 일치하게 되었다. 이러한 한 모형의 성공은 주로 어떤 함수(행성의 위치와 같은)가 원형 함수의 한 집합(푸리에 급수)로 분해될 수 있다는 수학적 사실에 기인한다. 피타고라스 학파 철학자 필롤라오스와 같은 다른 그리스 과학자들은 (스토바우스Stobaeus의 설명에 따르면) 우주의 중심에는 지구, 태양, 달 및 행성들이 균일한 원형 운동을 하는 "중심의 불"이 있다고 가정했다.
그리스의 천문학자 사모스의 아리스타르코스는 태양중심적 우주 모형을 제안한 최초의 알려진 개인이다. 원본 텍스트는 손실되었지만, 아르키메데스의 책 《모래알을 세는 사람》의 한 언급은 아리스타르코스의 태양중심 모형을 묘사한다. 아르키메데스가 쓰기를:
겔론 왕, 당신은 우주가 대부분의 천문학자들에 의해서 그 중심이 지구인 구체에 붙여진 이름이며, 그 반지름은 태양의 중심과 지구의 중심 사이의 직선과 같다는 것을 알고 있을 것이다. 이것은 당신이 천문학자들로부터 들은 것과 같은 일반적인 설명이다. 그러나 아리스타르코스는 특정 가설로 구성된 책을 내놓았는데, 여기서는, 가정들의 한 결과로서, 우주가 방금 언급한 우주보다 몇 배나 더 크는 것으로 나타났다. 그의 가설들은 고정된 별들과 태양은 움직이지 않고 유지되고, 지구는 원의 둘레를 따라 태양 주위를 회전하고, 태양은 그 궤도의 중앙에 있으며, 또한 태양과 같은 중심에 위치하는 고정된 별들의 구체는 아주 커서 그가 지구가 공전한다고 가정하는 원은 구체의 중심이 그 표면에 닿는 것과 고정된 별들의 거리에 대한 같은 비례이다.
아리스타코스는 따라서 별들이 아주 멀리 있다고 믿었고, 또한 이것이 연주 시차가 관찰되지 않은 이유, 즉, 지구가 태양 주위를 이동할 때 별들이 서로 상대적으로 움직이는 것이 관찰되지 않은 이유라고 보았다. 별들은 사실 고대에 일반적으로 추정된 거리보다 훨씬 더 멀리 떨어져 있어서, 이것이 연주 시차는 오직 정밀 기기들로만 탐지할 수 있었던 이유이다. 행성 시차와 일치하는 지구 중심 모형은 평행 현상인 연주 시차의 관측 불가능성에 대한 설명으로 가정되었다.
아리스타르코스의 태양중심 모형을 지지한 이름으로 알려진 고대의 유일한 천문학자는 아리스타르코스 이후 한 세기 동안 살았던 헬레니즘 천문학자인 셀레우키아의 셀레우코스(Seleucus of Seleucia)였다. 플루타르코스에 따르면, 셀레우코스는 추론을 통해 태양중심 시스템을 최초로 증명했지만 그가 사용한 논거는 알려져 있지 않다. 태양중심적 우주론에 대한 셀레우코스의 주장은 아마도 조수 현상과 관련되었을 것이다. 스트라본(1.1.9)에 따르면, 셀레우코스는 조수가 달의 인력에 의한 것이며 조수의 높이는 태양에 대한 달의 위치에 달려 있다고 처음으로 밝혔다. 또는, 그는 기하학적 모형의 상수를 결정하고 나중에 16세기에 니콜라우스 코페르니쿠스가 한 것처럼 이 모형을 사용하여 행성 위치를 계산하는 방법을 개발함으로써 태양 중심성을 증명했을 수 있다. 중세 시대에 페르시아 천문학자 알버마사르Albumasar와 알시지Al-Sijzi도 태양중심 모형을 제안했다.
아리스토텔레스 모형은, 만일 지구가 그 축을 중심으로 회전하고 또한 만일 [태양]]이 우주의 중심에 위치하면 천문학적 데이터가 더 그럴듯하게 설명될 수 있다는 아리스타르코스의 관점을 코페르니쿠스가 되살리기 전까지, 대략 2천년 동안 서구 세계에서 받아들여졌다.
중앙에는 태양이 놓여 있다. 누가 동시에 모든 것을 조명힐 수 있는 이 매우 아름다운 성전의 등불을 다른 또는 이보다 더 좋은 곳에 둘 수 있겠는가?
— 니콜라우스 코페르니쿠스, 10장, 《천구의 회전에 관하여》(1543)의 제1권
코페르니쿠스 자신이 주목했듯이, 지구가 자전한다는 관념은 매우 오래된 것으로, 최소한 필롤라오스(c. 450 BC), 헤라클레이데스 폰티쿠스Heraclides Ponticus(c. 350 BC) 및 피타고라스학파 엑판투스Ecphantus로 거슬러 올라간다. 코페르니쿠스보다 대략 1세기 전에, 기독교 학자인 니콜라우스 쿠자누스도 그의 책, 《학습된 무지에 대하여(On Learned Ignorance)》(1440)에서 지구가 그 축을 중심으로 회전한다고 제안했다. 알시지도 또한 지구가 축을 중심으로 회전한다고 제안했다. 지구 자전의 실증적 증거는, 혜성 현상을 이용한하였으며, 투시(1201-1274)와 알리 쿠시Ali Qushji(1403-1474)에 의해 제공되었다.
이 우주론은 아이작 뉴턴, 크리스티안 후이겐스 및 이후의 과학자들에 의해 받아들여졌다. 뉴턴은 동일한 운동 법칙과 중력이 지상과 천체의 물질에 적용되어, 아리스토텔레스의 둘 사이의 구분을 쓸모 없게 만든다는 것을 보여주었다. 에드먼드 핼리(1720)와 장-필리프 드 체소Jean-Philippe de Chéseaux(1744)는 별들로 균일하게 채워진 한 무한한 공간의 가정이 야간 하늘이 태양 자체만큼 밝을 것이라는 예측으로 이어질 것이라고 독립적으로 언급했다; 이것은 19세기에 올베르스의 역설로 알려지게 되었다. 뉴턴은 물질로 균일하게 채워진 한 무한한 공간이 무한한 힘과 불안정성을 일으켜서 물질이 자체 중력하에 안쪽으로 찌그러질 것이라고 믿었다. 이 불안정성은 진스 불안정성 기준에 의해서 1902년에 명확해졌다. 이러한 역설에 대한 한 가지 해결책은 찰리어Charlier 우주인데, 여기서 우주가 무시해도 될 정도로 작은 전체 밀도를 가지도록 프랙탈 방식으로 물질이 계층적으로(어떤 더 큰 시스템에서 궤도를 도는 천체들의 시스템들, 무한정) 배열된다; 그러한 우주론적 모형은 1761년에 더 일찍 요한 하인리히 람베르트에 의해서  제안된 것이기도 하다.
18세기 동안, 임마누엘 칸트는 성운들이 은하수와 분리된 전체 은하들일 수 있다고 추측했으며, 1850년에, 알렉산더 폰 훔볼트는 이러한 분리된 은하들을 Weltinseln 또는 "세계 섬들"인 한 용어로 불렀으며, 이것은 나중에 "섬 우주"으로 발전했다. 1919년에, 후커 망원경(Hooker telescope)이 완성되었을 때, 지배적인 견해는 여전히 우주가 완전히 우리 은하계로 구성되어 있다는 것이었다. 후커 망원경을 사용하여, 에드윈 허블은 여러 나선 성운에서 세페이드 변광성을 확인했으며  또한 1922~1923년에 안드로메다 성운과 삼각형자리가 우리 은하 밖에 있는 완전한 은하들임을 결정적으로 증명했고, 따라서 우주가 수많은 은하들로 구성되어 있음을 증명했다.
현대 물리 우주론의 시대는 1917년에 시작되었으며, 이때에 알베르트 아인슈타인은 우주의 구조와 역학을 모형화하기 위해 처음으로 일반 상대성이론을 적용했다. 이 시대의 발견들과, 또한 답이 없는 질문들은, 위 절들에 요약되어 있다.
오늘날 알려진 몇몇 주목할만한 천문학적 물체들이 있는 관측 가능한 우주의 지도. 길이의 척도는 오른쪽으로 갈수록 지수 함수적으로 증가한다. 천체들은 그 모양을 이해할 수 있도록 크기가 확대되어 표시된다. (왼쪽으로 드래그 가능)
우주에서 지구의 위치
지구
태양계
래드클리프 웨이브
오리온자리 팔
우리 은하
국부은하군
처녀자리 초은하단
라니아케아 초은하단
우리 우주