크리스티안 하위헌스
저서 > 토성의 체계

원제는 《Systema Saturnium》이다. 1659년 출판되었다. 하위헌스는 《토성의 체계》에서 토성의 고리 모양에 대한 변화를 다루었다.
다음은 《토성의 체계》의 일부이다.
갈릴레오가 벨기에 왕국의 가장 고귀한 발명인 망원경을 천체 관측을 위해서 사용했을 때, 그리고 그 어떤 사람보다 먼저 행성의 매우 유명한 현상을 공개했을 때, 그의 발견들 중 가장 훌륭한 것은 토성과 관련된 것으로 보인다. 다른 모든 현상들 역시 우리의 놀라움과 감탄을 불러일으키지만, 그 현상들의 존재 이유에 대해 강력한 질문을 필요로 할 만한 것은 아니었다. 하지만, 변하는 토성의 형태는 갈릴레오 자신 뿐 아니라 이때껏 어느 천문학자들도 꿰뚫어보지 못했던(그들 역시 인정했다) 새롭고 기이한 자연의 원리를 보여주었다. 갈릴레오는 처음으로 하나가 아니라 작은 두 별이 근접해있고 다른 한 쪽에 더 큰 별이 있는, 그리고 그 중심들이 모두 같은 선상에 있는 삼중의 형태를 가진 것으로 보였던 이 별이 빛나는 것을 보았다. 그리고 거의 3년간 이 형상에 변화가 없는 것을 보고, 그는 목성이 네 개의 위성을 지닌 것처럼 토성 역시 목성의 위성처럼 움직이지는 않았지만 항상 같은 위치에서 토성에 붙어 있는 두 개의 위성을 지닌다는 강한 확신을 가지게 되었다. 하지만, 그가 확신한 위성 없이 토성이 혼자 나타났을 때, 갈릴레오는 그의 의견을 수정할 수밖에 없었다. 그가 본 것에 놀라서, 그는 그 모습[위성이 없는 토성]의 이유를 추측했고 이전의 상[위성과 함께한 토성]이 언제 다시 나타날 지에대한 몇 개의 예측을 내놓았다. 하지만, 이 추측 역시 기대대로 이행되지 않았고, 토성이 오로지 두 가지 양상[위성과 함께한 토성, 위성이 없는 토성]을 지닌다는 사실이 틀렸음이 밝혀졌다. 나는 블란카누스(Josephus Blancanus)와 폰타나(Franciscus Fontana)가 처음 묘사하였고 많은 사람들에 의해 눈속임이라고 여겨졌으며 하늘에 있는 것보다 렌즈에 붙은 이물질이라고 생각되었던 다른 기이하고 놀라운 형태의 연속을 보았다; 하지만 더 많은 사람들에게 같은 형상이 노출되었고, 그것[많은 사람들의 관찰]이 그들[기이하고 놀라운 형태의 연속]을 보여주는 거짓된 증거가 아님이 분명해졌다.
나는 시급한 누군가의 바람에 의해서 이 하늘의 불가사의를 주의 깊게 살펴보려 했다. 하지만 나는 5~6피트 길이의 평범한 망원경만을 가졌었다. 따라서 나는 나의 모든 열심과 진지를 담아 어떤 렌즈가 그 사용에 적합한지를 배웠다. 그리고 나는 내가 그 일에 손을 댄 것을 후회하지 않는다. 이 거대한 곤경을 극복한 뒤,(이 예술[어떤 렌즈가 그 사용에 적합한 지를 보는 것]은 보이 것 보다 더 많은 어려움을 지니고 있었다.) 나는 마침내 나로 하여금 이 저술을 할 수 있게 한 물건의 렌즈를 만드는 데 성공했다. 나는 그 즉시 내 망원경을 토성을 향하게 했고 거기 있는 것들이 이전에 많은 사람들이 생각한 것과는 훨씬 다른 모습을 지녔다는 것을 깨달았다. 토성에 붙어 있는 두 개의 이웃하는 부속물들이 다름 아닌 두 행성이었다. 그런데, 이것들과는 별개로 더 먼 거리에 한 개의 행성이 더 있었으며 이것은 토성을 16일을 주기로 돌고 있었다; 그 행성의 존재는 그 때까지 알려져 있지 않았다. 그의 능력과 특징에 대해 동일하게 의심스러워하던 한 사려 깊은 남자 요하네스 카펠라누스(Johannes Capellanus)의 현명한 조언에 따라, 나는 3년 전에 천문학자들에게 내 발견을 알렸다. 내가 파리에 머무르는 동안, 나는 카펠라누스뿐 아니라 가상디(Gassendi)와 다른 자들에게 내가 관찰한 토성의 위성에 대해 말했다. 그리고 카펠라누스는 내가 많은 사람들을 만족시킬 발표를 내가 완전한 토성의 체계에 관한 일을 끝마칠 때까지 미루지 말아야 하는 많은 이유를 내게 제시했다. 그래서 1656년 3월 5일에 (뒤에서 하위헌스는 3월 25일이라 말하는데, 둘 중 하나는 오류이다.) 나는 토성의 위성에 관한 내 관찰 결과를 발표했다.(나는 그에 대해 매우 적절한 이름을 붙여줬다.)그리고 그것과 함께 토성의 다른 현상에 대한 설명을 포함하는 가설을 발표했다; 하지만, 후자의 경우 나는 내가 쓴 글자의 순서에 대해 혼동했는데, 이는 내가 그 때 당시 그것[토성의 위성]에 대해 잘 알지 못했다는 증거가 될 수 있었고, 다른 사람들이 그들의 추측의 결과를 이런 식으로 출판하도록 권유받아 발견의 영광이 그들에 의해 강탈되었다는 불평을 하지 않도록 하기 위해서였다. 이후에, 같은 사려 깊은 남자[Capellanus]의 요청에 대한 대답으로 나는 이 문제를 해결했고 내 전체 가설의 뼈대를 그의 앞에서 내놓았다; 아마 토성의 상에 관한 내 이론은 이미 다른 사람들의 귀를 통해서 제 길을 찾은 것 같다. 하지만, 모든 경우에서, 이 행성[토성]과의 연관에서 보이는 훌륭하고 평범하지 않은 자연의 창조는 더 충실한 처우를 요구한다. 그리고 나는 그 현상에 대한 내 설명이나 그들을 설명하기 위한 가설이 후자가 이성의 논리에 기반하고 전자가 관찰의 증거에 의해 뒷받침된다는 것이 보이지 않는 한 일반적인 지지를 얻을 것이라 기대해서는 안 된다. 그러므로 나는 이 요구조건을 둘 다 만족하기 위해 발표한다. 처음에, 나는 그 행성의 위성의 운동과 회전 주기에 관한 내 관찰들로부터 가능한 정확히 사실을 결정할 것이다. 그리고 나는 그 움직임에 관한 표를 만들 것이다. 그리고 난 후 나는 각기 다른 원인에 의한 다양한 토성의 상을 보일 것이다. 우리가 미래의 토성의 상이 어떨지 그 이전에 결정할 수 있는 준비된 수단을 마련할 수 있도록 말이다. ...(중략)...
너와 내가 이전에 물질의 진리에 도달했다고 언급한 의견을 가진 사려 깊은 사람들 둘 다 전혀 놀라거나 잘못을 자신 탓으로 할 필요가 없다. 대부분 거짓된 현상이 내게 참된 것으로 알려졌고, 토성과 관련이 있는 것으로 관찰된 눈속임에 구애받지 않는 다른 현상들은 네가 전혀 알지 못했기 때문이다. 만약 네가 매우 운이 좋아 나와 이러한 현상들을 관찰했었더라면 네가 그 행성의 실제 형상과 관련한 나와 같은 결론을 그들[관찰]로부터 끌어냈을 것이라 가정하는 것이 일리가 있을지도 모르겠다. 나는 이 문제에 대해서 독특한 상뿐 아니라 내가 초기부터 관찰했던 토성의 위성의 움직임으로부터 큰 도움을 받았다; 참으로 나로 하여금 가설을 세울 희망을 처음으로 준 것은 이 위성의 토성을 중심으로 한 회전 운동이었다. 나는 이 가설에 또 무엇이 따르는지 이어서 설명할 것이다.
내가 이 새 행성이 16일을 주기로 토성을 돈다는 것을 발견했을 때 나는 의심의 여지없이 토성이 그 자신만의 축을 중심으로 더 적은 시간을 주기로 돈다고 생각했다. 훨씬 전에도 나는 다른 원시 행성들이 자신만의 축을 중심으로 돈다는 면에서 지구와 같다고, 그래서 한 번에 한 부분씩 돌아가며 전체 행성의 표면이 태양 빛에 기뻐한다고 항상 믿어왔었다; 그리고 이보다 더, 나는 일반적으로 이 세계의 거대한 구체들의 정렬은 작은 구체들이 그들 자신을 중심으로 돌고 이 작은 구체들보다 더 짧은 주기를 지닌 회전 운동을 한다고 믿었다. 따라서 태양은 그의 흑점이 보여주듯이 그만의 축을 중심으로 약 26일을 주기로 돈다; 하지만 지구를 포함한 태양 주위의 다양한 행성들은 거리에 따라 변하는 주기로 행로를 돈다. 지구는 하루를 주기로 하는 행로를 돌며, 지구 주위를 달이 한 달을 주기로 돈다. 목성 주위의 네 작은 위성들도 거리가 감소할수록 속도가 증가한다는 같은 법칙 아래 돈다. 따라서 우리는 목성과 가장 가까운 위성이 목성을 도는데 이틀보다 적은 시간을 필요로 하는 것으로 보아 목성이 아마 24시간 보다 더 짧은 시간을 주기로 돌 것이라고 결론 내려야 한다. 이러한 모든 사실들로부터 알 수 있듯이, 토성 역시 비슷한 운동을 가짐이 틀림없다고 결론 내렸다. 하지만 내게 토성의 위성의 회전 운동 속도에 대한 정보를 주었던 것은 바로 나의 관찰이었다. 그 위성이 궤도를 16일에 한 바퀴 돈다는 사실은 그 위성의 궤도의 중심에 있는 토성이 그보다 더 적은 시간에 한 바퀴 돈다는 결론에 이르렀다. 게다가, 다음 결론 역시 일리가 있어 보인다; 토성과 그의 위성 사이에 있는 모든 천체가 같은 운동을 할 것이며 그것이 토성에 더 가까워질수록 토성의 속도에 더 가깝게 접근한다는 결론 말이다. 마침내, 다음이 결론지어진다: 부속물, 즉 토성의 팔은 구형체의 중심과 붙어 있어 그것과 같이 가거나 토성의 팔이 토성과 일정 거리만큼 떨어져 있어 토성의 속도와 많이 작지 않게 회전 운동을 한다는 결론 말이다. 게다가, 내가 이러한 사실들을 토성의 팔의 운동과 연결지어 생각하는 동안, 이러한 팔들은 1655년 나의 이전 관찰이 보여주었던 양상 아래 나타났다. 토성의 팔들은 일종의 축이 행성의 중심을 뚫고 지나간 것처럼 토성면을 따라 같은 곧은 직선으로 뻗어나가는 반면에 토성의 몸체는 매우 둥글었다; 비록 처음 그림에서 보이는 것처럼, 내가 쓰고 있었던 12피트 길이의 망원경을 통해 보아진 이 팔들은 구의 중심에서 행성면의 끝을 향해가면서 조금 더 두껍고 밝게 나타났다. 이 행성이 이 같은 양상을 매번 보여주기를 계속했을 때, 나는 토성과 그에 붙은 구체들의 회로가 짧다는 것을 이해했으며 이것이 토성이 다른 구체들에 의해서 동일하게 모든 면이 감싸지지 않으면 일어날 수 없다는 것을, 따라서 일종의 고리가 토성을 중심으로 에워싼다는 것을 이해했다; 어떠한 속도로 그것이 돎에는 상관없이 그것의 축이 고리의 면과 수직하다면 그것은 항상 우리에게 같은 양상을 보일 것이다.
그 주기로 계속되는 그 상[토성과 그를 감싸는 고리]에 관한 이유가 정립되었다. 이후에 나는 토성이 가질 수 있을 것으로 예상되는 다른 상들도 같은 고리에 의해 설명될 수 있는지 심사숙고하기 시작했다. 나는 타원의 경사를 가진 토성의 팔에 관한 빈번한 관찰을 통해 이 문제의 결론에 도달하는데 그리 오래 걸리지 않았다. 내가 그 곧은 직선이 어느 위치를 따라 뻗어나가는 지 발견했을 때, 각각의 면에서 돌출된 이 팔들은 타원을 따르지 않고 그것을 20도보다 크게 가로질렀다. 나는 같은 방식으로 고리의 면이 타원면과 거의 같은 각도로 기울어져 있다고 결론지었다. - 이것은 지구가 적도면에 대해 기울어져 있는 것과 같이 영구적이고 변하지 않는 경사를 통해 이해될 수 있다. 이 경사로부터, 같은 고리가 우리에게 보여준 다른 양상들은 어떨 때는 넓은 타원이고 다른 때는 더 좁은 타원이며, 때때로는 직선이라는 사실이 불가피하게 따른다. 자동차의 핸들과 같은 구성처럼, 나는 이 현상이 고리가 토성 구체에 붙어 있지 않다는, 그 대신 같은 거리만큼 떨어져 있다는 사실에 기인한다는 것을 이해한다. 따라서 이러한 사실들은 뒤에서 언급한 고리의 경사 역시 사실임을 의미하며 모든 놀라운 토성의 외형은 이 이유로부터 설명될 수 있다. 이것은 내가 1656년 3월 25일에 발표한 토성의 위성에 관한 복잡한 글자들을 포함하는 바로 그 가설이다. [이전에 하위헌스는 3월 5일이라 말하는데 둘 중 하나는 오류이다.]
문자 a a a a a a a c c c c c d e e e e e g h i i i i i i i I I l l m m n n n n n n n n n o o o o p p q r r s t t t t t u u u u u는 “그것은 황도 쪽으로 기운 납작하고 얇은 고리로 둘러싸여 있고, 그 고리는 어디에도 닿아 있지 않다”를 의미한다.(Annulo cingitur, tenui, plano, nusquam cobaerente, ad eclipticam inclinato). 토성과 고리 사이의 간격이 고리 그 자체의 간격과 같거나 그것을 넘어선다는 사실은 다른 사람들에 의해 관찰된 토성의 모습에 의해서도 보인다. 그리고 더욱 정확히, 고리의 가장 긴 지름과 토성의 지름의 비가 9:4라는 사실은 내가 관찰한 모습에 의해서 보인다. 토성의 진실된 겉모습은 내가 덧붙인 계획에서 지시된 바로 그것이다.
나는 비록 구의 형태가 그들[천체]에게 적용되는 단 하나의 형태라는 것이 자연 법칙에 의해서 정립되고 확실하게 여겨지기는 하지만 이때껏 어떠한 하나도 발견되지 않은 천체들에게 모형을 부여한 것이, 그리고 비록 토성의 고리가 모든 면에 일정한 거리를 유지하면서 매우 높은 속력으로 토성과 함께 회전 운동을 할 것으로 예상되지만 어떠한 연결점이나 묶임 없이 영구적인 고리를 토성에 대해 놓는 것이 매우 이상하고 이치에 맞지 않다고 느끼는 사람들의 반대에 대응하기 위해 내가 여기서부터 논지에서 조금 벗어날 필요가 있다고 믿는다. 이러한 사람들은 하늘의 어디에서도 나타나지 않는 주전원을 천문학자들이 사용하는 것처럼 내가 순수한 “꾸밈”과 내 상상으로부터 이 가설을 세우지 않았으며, 나는 모든 것들의 형상을 구별할 수 있는 망원경을 통해서 내 눈으로 고리를 매우 또렷이 보았다는 것을 고려해야 한다. 그리고 왜 어떤 천체는 이러한 형태를 가질 수 없고, 구형이 아니면 적어도 둥글어야 구형 그 자체의 외심 운동을 가질 수 있는지에 대한 이유는 없다. 명백하게도 그러한 천체가 이상하고 아름답지 않은 모양을 가지는 것보다 이러한 종류[구형]의 모양을 가져야 함은 그다지 놀랍지 않다. 게다가, 토성과 지구 사이에 존재하는 깊은 유사성과 관계 때문에 전자[토성]가 후자[지구]와 같이 그 자신 축의 중앙에 위치하며 그것의 중심은 무게를 가진 것으로 추정되는 것들을 당기는 자연적인 경향을 지니고 있다고 결론짓는 것이 확정적으로 가능해보인다. 또한 그 고리가 모든 면이 중심으로부터 같은 거리에 놓여 있는 영구적인 위치에 놓여 있기 때문에 모든 면이 중심을 향해 같은 크기의 힘을 받는다고 결론지어진다. 정확히 어떤 사람들은 지구 둘레로 연속적인 아치를 세울 수 있다면 그것이 어떠한 도움 없이 그 자신을 유지할 것이라고 상상해왔다. 따라서 이와 비슷한 것이 단지 토성의 경우에서 일어나고 있는 것이기 때문에 그들로 하여금 이것[토성의 고리]이 터무니없다고 생각하지 말도록 하자; 그리고 그들로 하여금 새 업적을 이룩하고 아직 많은 것이 남아 있는 대자연의 힘과 위엄을 경외를 가지고 대하기를 바라자.