KISTI의 과학향기

오늘날에는 나침반만 사용하는 경우가 옛날에 비해 줄어들기는 했지만, 지구의 남북을 가리켜서 방위를 알려주는 나침반은 미지의 세계를 모험하는 탐험가나 먼 바다를 항해하는 선원들에게 생명이나 다름없는 소중한 존재였다. 과거에 콜럼버스나 마젤란에 의한 신대륙 발견, 세계일주 항해 등도 나침반이 없이는 불가능했을 것이므로 나침반은 인류의 역사를 바꿔 놓는 데에도 상당한 기여를 한 셈이다. 이처럼 중요한 나침반을 누가 맨 처음 발명했는지 명확한 기록이 없어 최초 발명자를 알 수는 없지만, 나침반이 서양이 아니라 중국에서 발명된 것은 분명해 보인다. 나침반은 종이, 화약과 함께 중국이 자랑하는 3대 발명품 중의 하나로 꼽힌다. 나침반의 기원과 관련해서 고대 중국의 문헌들을 살펴보면, 기원전 4세기 경 춘추전국시대의 문헌으로 보이는 귀곡자(鬼谷子)에는 "정(鄭)나라의 사람들은 옥(玉)을 가지러 갈 때, 길을 잃지 않도록 지남기(指南器; 남쪽을 가리키는 기구라는 뜻)를 가지고 간다."는 구절이 나온다. 또한 중국 후한(後漢)시대의 사상가 왕충(王充)이 서기 90년 경에 낸 논형(論衡)이라는 책에는 “국자를 물위에 띄워 놓으면 남쪽을 가리키면서 멈춰 선다”는 기록이 있고, 4세기경 갈홍(葛洪)이라는 사람이 쓴 포박자(抱朴子)라는 책에는, “철로 된 바늘에 머릿기름을 발라서 가만히 물위에 놓으면, 바늘을 물위에 띄울 수 있다.” 라는 대목이 나온다. 위 책들은 근대적인 의미의 과학에 관한 저서라고 보기는 어려우므로 그것이 곧 나침반 발명을 의미한다고 생각하기는 힘들겠지만, 최소한 어느 정도 관련이 있을 것으로 추측할 수 있다. 나침반 이외에도 중국에서 만들어진 방위를 알려주는 장치로서 지남차(指南車)라는 것이 있는데, 이것이 나침반과 관련이 있는지에 대해서는 상당한 논란이 되어 왔다. 고금주(古今注)라는 책에는 중국의 역사시대 이전인 이른바 삼황오제(三皇五帝) 시대의 임금인 황제(黃帝)가 치우(蚩尤)의 군사와 전쟁을 벌일 적에 치우가 만들어 피운 연막에 고전하다가, 황제가 지남차를 만들어서 항상 남쪽을 가리켜 줌으로써 가까스로 전투를 승리로 이끌었다는 전설이 나와 있다. 또한 주나라의 주공(周公)이 기원전 12세기 경에 지남차를 발명했다는 얘기도 있고, 그밖에도 중국의 여러 과학자, 기술자들이 지남차를 만들었거나 개량했다는 기록이 있는데, 송사(宋史) 여복지(輿服志) 등에 나온 지남차의 구조를 미루어 보건대, 수레 위에 수직으로 세워 놓은 목제인형이 톱니바퀴 장치에 의하여 늘 남쪽만을 가리키는 것이지, 속에 자석이나 나침반이 장치되어 있는 것은 아니라는 것이 오늘날의 정설이다.



약 12세기경에 유럽에서는 아라비아 사람들은 바늘같이 생긴 자석을 밀집에 꽂아 물위에 띄워서 북쪽을 알아낸다.라는 이야기가 전해졌는데, 따라서 그 무렵에 중국의 나침반이 이술람의 선원들에 의해 서유럽에도 전래된 것으로 보인다. 영어로 Compass라고 불리는 나침반의 어원은 라틴어의 Compassus로서, 이는 원을 방위로 분할한다.는 의미이다.

자침과 방위표를 하나로 만들어서 운반이 가능한 나침반은 14경에 이탈리아에서 제작되었는데, 오늘날과 같은 모양의 나침반은 19세기 후반에 ‘켈빈(Kelvin)’경이라고도 불리는 영국의 물리학자 ‘톰슨(William Thomson; 1824-1907)’에 의해 만들어진 것이다. 나침반이 지구의 남북을 가리키는 이유를 정확히 설명한 사람은 16세기 영국의 물리학자인 ‘길버트(William Gilbert 1540∼1603)’이다. 그는 자석에 철 조각을 문질러서 인공적인 자석을 만든 바 있고, 나침반이 항상 북쪽을 가리키는 이유는 지구가 자기적인 성질을 가지고 있기 때문이라고 해석하였는데, 즉 지구 자체가 일종의 커다란 자석이라는 사실을 밝힌 것이다.



그러나, 나침반이 가리키는 쪽으로 간다고 해서 정확하게 북극으로 갈 수 있는 것은 아니다. 즉 나침반이 가리키는 자북(磁北)과, 지구의 자전 축에 따른 실제 북극인 진북(眞北)은 상당한 차이가 있다. 현재 자북은 대략 북위 78°, 서경 69°의 지점에 위치하고 있으며, 지금도 해마다 조금씩 위치가 바뀌고 있다. 11세기에 송(宋)나라의 심괄(沈括)이 쓴 몽계필담(夢溪筆談)에도 자석의 바늘이 남북을 가리키지만, 진북과 자북이 다르다는 사실이 이미 기술되어 있다.

따라서 극지방의 탐험이나 더욱 정밀한 방위가 요구되는 경우에는 지구 자기를 이용한 나침반은 적합하지 않다. 이 경우에는 독일 사람인 안쉬츠가 1906년에 자이로의 성질을 응용하여 창안한 전륜 나침반, 즉 ‘자이로컴퍼스(Gyrocompass)’가 매우 유용한데, 대형 선박 등에 이미 널리 장착되어 이용되고 있다. 고속으로 회전하는 자이로스코프의 축에 추를 달면, 지구의 자전에 영향을 받아 자이로스코프의 축은 자동적으로 지구의 자전축, 즉 진북 방향을 가리키게 되는데 그 힘이 상당히 강한 편이다. 또한 자기 나침반과는 달리 편차도 없고 철강으로 된 선박의 자체 자력 등에도 전혀 영향을 받지 않는 장점이 있다.



최근에 휴대 전화를 이용한 위치 추적이 가능한 것에서 잘 알 수 있듯이, 오늘날에는 GPS 위성과 첨단 컴퓨터 등을 동원하여 위치를 정확하게 알아내고, 갈 길마저 자동으로 제시해 주는 ‘항법시스템(Navigation System)’ 등이 날이 갈수록 발전하고 있으므로, 전통적인 자기 나침반은 갈수록 쓰이지 않게 될 것이지만, 나침반이 인류 문명의 발전에 미친 영향은 영원히 잊혀지지 않을 것이다. (글 : 최성우-한국과학기술인연합 운영위원)