우주의 중심에는 움직이지 않는 지구가 있고 그 주위를 태양, 달, 행성이 돌고 있다는 것이 천체론, 즉 지구중심설입니다. 프톨레마이오스의 주장을 비롯해 전 세계 문명에서 통용되는 인류 천문학의 주류를 이루는 이론이었으나, 현대 자연과학(케플러의 법칙, 뉴턴의 운동 법칙)의 발달로 지구중심설이 확산되면서 폐기되었습니다.
근대 천문학이 연구되기 전까지 천동설은 보다 설득력 있는 이론으로 받아들여졌습니다. 지구는 '발을 땅에 붙이고' 있다거나 하늘을 보고 누구나 뜨고 지는 것을 볼 수 있는 태양은 '실제로 고정되어 있다'는 것이 고대인들의 평균적인 상식으로 이해되기 어려웠으며, 관찰자가 운동의 중심을 겉보기 운동의 직관에 따라 위치시키는 것이 자연스러운 접근이었습니다.
오늘날에도 '일출', '해가 지면', '해가 서쪽에서 뜨면' 등의 단어를 사용하고 있으며, 고등학교 단계의 천문학 수업에서는 태양계가 중심이 되어 별자리가 움직입니다. 모두 겉보기 운동에 따른 직관의 예들입니다. 플라톤에 의해 등장한 동심원 모형, 에우독소스는 플라톤의 모형을 상당 부분 개선시켰고, 아리스토텔레스는 동심원 모형을 확립했습니다.
2세기경 천문학자인 프톨레마이오스는 천동설을 정리하고 알마게스트를 썼습니다. 그는 편심 모형, 주동력 모형, 동시 모형을 이용해 동심원 모형의 오류를 수정했습니다. 즉, 궤도의 중심 자체가 지구를 둘러싸고 있는 가상의 원을 따라 공전합니다. 위성의 궤도에서는 행성만 완전히 제거된다는 뜻입니다.
이 방법은 여러 개의 주동력을 사용하는 등 복잡하지만, 겉으로 보이는 운동을 매우 상세하게 설명할 수 있었습니다. 당시 천동설은 금성과 화성 등 위치의 불규칙한 변화를 설명하기 위해 복잡한 궤도를 그려야 했지만, 그 결과 당시까지 관측된 천체의 움직임을 설명하는 데 성공해 대중과 학계 모두에게 널리 받아들여졌습니다.
천체론을 주장한 학자로는 아리스토텔레스와 프톨레마이오스가 대표적이었지만, 우주의 구조에 대한 두 가지 관점은 반대쪽 끝에서 볼 수 있습니다. 그 이유는 아리스토텔레스가 우주의 구조에 대한 철학적 질문에 집중했다면, 프톨레마이오스는 수학적 모형을 통해 우주의 구조를 설명하는 데 집중했기 때문입니다.
중세에 천동설은 고대의 경우와 마찬가지로 직관만으로 뒷받침되지 않았습니다. 이 당시에는 정교한 주동력 궤도 모형을 그릴 수 있을 정도로 천문 관측 자료가 많이 축적되어 있었습니다. 아리스타르코스는 이미 정지궤도 이론을 제기했고, 아리스토텔레스도 이 이론을 살펴볼 만한 가설로 여겼습니다.
천체의 부영양화와는 달리, 지구영양화는 기원전 2세기 아리스타르코스를 비롯한 여러 학자들에 의해 주장되어 헬레니즘 시대의 주요 가설 중 하나로 취급되었으나, 프톨레마이오스의 주력 개념이 널리 퍼지면서 한동안 버려졌고, 코페르니쿠스와 갈릴레오 갈릴레이 등의 천문학자들이 본격적으로 궤도에 진입하기 시작했습니다.
또한, 초신성과 혜성의 발견은 기존의 '완벽한 천체계' 개념에 의문을 제기하기 시작했고, 금성의 위상 변화 등 기존의 천체 이론으로는 설명할 수 없는 현상들에 의해 지지를 받았습니다. 그러나 이 당시에도 지적재산권 이론은 채택된 적이 없었습니다.
지적재산권 이론의 초기 모델은 천체의 재산권 이론보다 더 복잡했습니다. 프톨레마이오스 체계는 27개의 주요 동력원을 사용했지만, 코페르니쿠스는 46개를 사용했습니다. 그 주된 이유는 코페르니쿠스가 원운동 이외의 궤도를 생각할 수 없었기 때문입니다.
초기의 지적재산권 이론에는 천체의 운동이 '자연스럽게' 완전한 원이 될 것이라고 생각했기 때문에 한계도 있었습니다. 둘째는 역학의 문제였습니다. 당시에는 물체가 바닥으로 떨어지는 것은 우주의 중심으로 가라앉으려는 세계의 모든 물체의 특성 때문이라고 생각했습니다.
중력의 개념에 익숙한 현대인에게는 어색해 보일 수 있지만, 아이작 뉴턴의 만유인력 이론이 지구변형 이론보다 늦게 나온 것을 생각해보세요. 또한 흙을 뭉쳐 만든 지구가 관성의 개념 때문에 부서지지 않고 움직이고 있다는 것도 설명할 수 없었습니다.
지구가 움직이고 있는데도 아무도 그 움직임에 영향을 받지 않는 것처럼 보이는 현상과도 모순되었습니다. 그럼에도 정지 이론은 프톨레마이오스의 정지 이론으로는 설명할 수 없는 새로운 현상을 설명할 수 있다는 장점이 있었지만, 천체 이론을 유지하면서 그러한 천체 현상을 설명할 수 없는 것은 아니었습니다.
티코 브라헤는 프톨레마이오스의 정지 이론을 개선하여 자기 정지 이론을 제안했는데, 이 이론은 '달을 제외한 모든 행성은 태양 주위를 돌지만 달과 태양은 지구 주위를 돈다'는 이론이었습니다. 그리고 이것은 코페르니쿠스의 정지 이론보다 더 정확했습니다.
브라헤는 정지 이론을 고려했지만, 당시 그가 가장 정확하게 관찰한 바에 따르면 '지구는 움직여야 한다'고 주장했을 때 생기는 여러 가지 문제를 해결할 수 없었습니다. 예를 들어 성능 시간차의 값이 0이면 천동 이론이 맞고, 0보다 크면 정지 이론이 맞습니다. 그러나 브라헤가 측정한 성능 시간차는 0이므로 천동 이론은 유지되었습니다.
