천문학은 우주 전체에 관한 연구 및 우주 안에 있는 여러 천체(天體)에 관한 연구를 하는 자연과학의 한 분야이다. 그리고 고대의 천문학과 기상학은 농업과도 밀접한 관계를 가지고 있기 때문에 삼국사기를 읽다보면 천문학에 대한 기록도 나온다.
청동기시대의 무덤인 지석묘 위에 별자리 그림이 그려져 있다는 북한학계의 연구도 있다고 하지만, 하늘을 관측하여 자연의 변화를 알아내는 것은 고대인들에게는 아주 중요한 것이었다.
하늘의 별자리가 이간세상과 상호 관련이 있다고 믿었기 때문에 천문관측은 꾸준히 지속적으로 행해졌고, 거기에는 고대인들의 다양한 상징적 개념들이 반영되어 있다.
고구려인의 별자리 연구는 태양이 지나가는 길인 황도에 위치한 28수(별자리)와 하늘의 중심인 북극과 북두칠성을 중심으로 이루어졌다.
덕화리2호분에는 28수와 북두칠성이 널방 천장에 그려져 있었다고 하는데 현재는 19개 별자리만 남아 있다고 한다. 진파리4호분의 천장에는 91개 별이 금박으로 그려진 성좌진이 있다고 한다.
특히 북두칠성은 밤하늘에서 가장 쉽게 찾을 수 있고 늘 볼 수 있기 때문에 중요시되어 수명을 주관하고 사후와 내세를 주관하는 별자리로 해와 달과 함께 고분벽화에 그려졌다고 한다. 그리고 고구려인의 천문체계에서는 북극성보다 북두칠성이 가장 핵심적인 위치를 차지했으며, 남두육성에 대한 관심도 대단했다고 한다.
북두칠성과 별자리는 고대인들에게 시간과 방향 감각을 갖게 해줌으로써 초원, 바다를 여행하는 데 중요한 길잡이가 되었다. 이러한 시간과 방향 감각은 결국 각 방위별로 신이 존재한다거나 특정한 별자리에 특별한 의미를 부여하는 것으로 나타났는데 4방위신인 청룡, 주작, 백호, 현무는 28수의 4방위별 형상에서 비롯되었다고 주장하는 사람들도 있다.
그리고 이 최근 북한에서 이 4방위신이 고구려군의 동서남북으로 배치되어 있는 형상을 한 인형이 발견되었다. 이 점에서 고구려인들은 4방위신이 자신들을 보호한다는 생각을 가졌을 것이다.
고분벽화에서도 현재까지 발견된 95개 중에서 22개 별자리가 그려져 있다고 한다. 고분벽화에는 북두칠성과 남두육성, 동쪽의 심수와 방수로 된 쌍삼성과 서쪽의 쌍삼성이 각각 동서의 방향을 표시하는 지표로 나타나고 있다. 동서의 쌍쌈성은 때로 해와 달로 그 기능을 대신한다. 최근의 고분벽화 연구결과에 의하면 고구려는 사신도와 함께 일월상과 방위표지 별자리 그림의 삼중체계로 방위를 표시했다고 한다. 고구려의 천문관념은 중국, 서역과는 다른 독창적이 면이 많다고 한다.
고구려인들의 천문에 대한 지식을 뛰어나서 서기 1세기경의 북위 38~40도에서 본 별자리를 기록했다고 여겨지는 천상열차분야지도는 석판으로 된 세계 최초의 별자리 지도라고 한다.
석판은 고구려가 망할 때 당나라 사람들이 대동강에 버려져 없어졌지만, 그것을 종이에다 옮긴 것이 조선 초기에 발견되어 오늘날까지 전해진다. 가로 122.8cm 세로 200.9cm나 되는 돌에 새긴, 1464개나 되는 별들과 282개의 별자리가 북극성을 중심으로 적도원, 황도원, 북극원과 경도선, 그리고 은하수까지 그려져 있다.
최근 일본 나라현 아스카촌에서 발견된 7세기 말에서 8세기 초로 추정되는 기토라고분의 천장에서 발견된 천제도는 약 600개의 별과 34종의 별자리가 그려진 세계 최고의 성수도로 알려졌다. 그런데 이 별자리를 컴퓨터로 분석한 결과 이 그림은 평양하늘을 그린 것으로 보고되어 고구려의 천문지식이 일본에 전해졌음을 알게 해준다.
고구려의 천문학은 단시일에 이루어진 것이 아니다. '세종실록지리지' <평양부>에는 고구려에 천문대가 있었다고 한다. 천문학은 지속적으로 관측되고 연구되어야 하는 만큼 천문대 유적을 찾을 길 없다고 하더라도 과거에 있었던 것은 분명한 듯하다. 또한 고구려에는 일자라 하여 천체 관측과 관련된 전문 관리가 존재하기도 했다.
천문학의 발전은 고구려인으로 하여금 근해 항해나 초원이나 대륙의 먼 거리 여행을 가능하게 했고, 농업과 어업의 발전에도 크게 기여했다. 또한 고구려 사람들의 정신세계를 보다 풍부하게 하는 데도 기여했다.
고구려의 천문학은 백제와 신라, 왜에도 전파되었고, 후대에도 영향을 미쳐 북두칠성에 대한 많은 관심은 이후 민간신앙인 북두칠성 신앙과 연결된 것 같다.
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