안티키티라 기계

안티키티라 기계는 나무 상자 안에 청동 톱니를 넣은 고대 그리스 기계의 잔해다. 작은 손잡이를 돌리면 바늘들을 과거나 미래로 옮길 수 있었고, 그에 따라 천문 정보를 읽을 수 있었다. 황도 12궁에서 해와 달이 어디 있는지, 달의 위상이 어떤지, 여러 달력에서 몇 월인지, 식이 예상되는지 같은 것들이다.

흔히 가장 오래된 아날로그 컴퓨터라고 부른다. 현대의 전자 컴퓨터처럼 작동했다는 뜻은 아니다. 하늘의 주기를 바퀴의 회전으로 나타냈기에 ‘아날로그’다. 톱니 수의 비율이 천문 주기 사이의 비율을 재현했다. 톱니를 한 번 맞추어 두면 계산은 기계적으로 이루어졌다.

이름은 크레타섬과 펠로폰네소스반도 사이의 작은 그리스 섬 안티키티라에서 왔다. 그 앞바다의 침몰선에서 발견되었기 때문이다. 원래의 약 3분의 1만 82조각으로 남아 있지만, 현대 영상 기술 덕분에 연구자들은 작동 방식의 상당 부분을 복원할 수 있었다.

1900년 부활절 무렵, 디미트리오스 콘도스 선장이 이끄는 시미섬의 해면 잠수부들이 순풍을 기다리며 안티키티라에 머물렀다. 약 45m 깊이로 잠수한 한 사람이 바다 밑에서 청동상과 대리석상 무더기를 발견했다. 그리스 해군의 도움을 받아 잠수부들은 1900년 말부터 1901년까지 많은 유물을 건져 올렸다. 청동 ‘안티키티라의 청년’상, ‘철학자’라 불리는 청동 두상, 대리석 조각, 도기, 유리그릇, 장신구, 주화 등이다.

기계는 1901년 부식된 청동과 나무 덩어리로 인양되어 다른 유물과 함께 아테네 국립고고학박물관으로 옮겨졌다. 박물관 사람들은 조각상을 맞추는 데 바빴고, 덩어리는 처리되지 않은 채 남았다. 마르면서 부식된 청동은 갈라지고 줄어들었다. 1902년 5월 17일 고고학자 발레리오스 스타이스는 사촌인 정치인 스피리돈 스타이스와 함께 조각 하나에 톱니바퀴가 박혀 있는 것을 발견했다.

배는 기원전 1세기 2사분기에 가라앉은 로마 시대 화물선이었다. 1976년 자크 쿠스토 팀이 찾은 주화는 기원전 76~67년 무렵 주조된 것이고 도기도 같은 시기를 가리키므로, 침몰 시기는 보통 기원전 70~60년 무렵으로 본다. 배가 어디서 와서 어디로, 아마도 이탈리아 쪽으로 가던 중이었는지는 여전히 불확실하다.

기계 앞면에는 두 개의 고리로 된 커다란 둥근 눈금판이 있었다. 안쪽 고리에는 황도 12궁이 저마다 30도씩 똑같이 나뉘어 새겨졌다. 바깥 고리는 이집트 달력의 달 이름을 그리스 문자로 적은 달력이었고, 그중 파콘, 파위니, 에피피 세 달의 이름이 남아 있다.

바늘들이 이 눈금판 위를 돌며 해(날짜도 함께 나타냈다)와 달의 위치를 보여 주었다. 달 바늘은 일정한 속도로 움직이지 않았다. 타원 궤도 때문에 실제 달이 그러하듯 빨라졌다 느려졌다 했다. 절반은 밝고 절반은 어두운 작은 공이 돌며 달의 위상을 나타냈다.

눈금판 둘레에는 한 해 동안 밝은 별들이 뜨고 지는 때를 적은 별 달력, 곧 파라페그마가 있었고 황도 눈금의 글자와 연결되었다. 앞덮개의 명문은 고대에 알려진 다섯 행성인 수성·금성·화성·목성·토성도 설명한다. 행성용 톱니는 사라졌지만, 앞면이 한때 이들의 위치도 보여 주었을 가능성이 크다.

뒷면에는 큰 나선형 눈금판 두 개와 작은 눈금판 몇 개가 있었다. 다섯 바퀴를 도는 위쪽 나선은 메톤 주기를 보여 주었다. 태음월 235개가 태양년 19년과 거의 정확히 맞아떨어지는 주기다. 이것으로 달에 기초한 달력을 계절과 맞출 수 있었다. 여기 적힌 달 이름은 코린토스 계열 달력의 것으로 밝혀졌다.

네 바퀴를 도는 아래쪽 나선은 태음월 223개, 약 18년 11일의 사로스 주기를 보여 주었다. 이 주기가 지나면 식이 비슷한 양상으로 되풀이된다. 칸 안의 작은 기호(글리프)가 일식이나 월식이 예상되는 달과 시각을 표시했다. 옆의 작은 엑셀리그모스 눈금판은 몇 시간을 더해야 하는지 알려 주었다. 사로스 한 주기가 정수 일수보다 약 8시간 길기 때문이다.

또 다른 작은 눈금판은 범그리스 운동 축제의 4년 주기를 따랐다. 올림피아·피티아·이스트미아·네메아 경기와 함께, 도도나의 작은 나아 경기와 로도스의 할리에이아도 들어 있다. 이 바늘만 시계 반대 방향으로 돌았다. 이 눈금판은 기계가 천문학만이 아니라 축제와 달력이라는 인간의 시간을 다루었음을 보여 준다.

손잡이는 바퀴살 네 개가 달린 큰 톱니(연구자들이 b1이라 부른다)를 1년에 한 바퀴 돌렸다. 여기서 작은 톱니들의 열이 톱니 수의 비율에 따라 정해진 속도로 다른 바늘들을 움직였다. 예컨대 메톤 눈금판의 톱니열은 나선 전체에 약 6,939.5일의 주기를 주는데, 현대 값 6,939.69일에 아주 가깝다. 사로스 톱니열은 바늘 한 바퀴에 약 1,646.3일로, 현대 값 1,646.33일과 거의 같다.

가장 놀라운 것은 달 톱니 장치다. 회전판 위에 톱니 두 개가 겹쳐 있고, 하나에 달린 핀이 다른 하나의 홈에 끼워진다. 두 축이 살짝 어긋나 있어서 출력은 한 태음월마다 한 번씩 빨라졌다 느려진다. 이 핀-홈 장치는 천문학자 히파르코스와 연결되는 달 운동 이론을 기계로 재현한 것이며, 회전판 자체도 약 8.88년 주기로 천천히 돌아 달 궤도가 서서히 도는 현상을 나타낸다. 이는 알려진 가장 이른 주전원(유성) 톱니 장치다.

톱니는 손으로 깎은 작은 정삼각형 모양으로, 평균 간격은 약 1.6mm, 바퀴 두께는 약 1.4mm다. 고르지 않은 모양은 손 도구로 만들었음을 보여 준다. 이런 수제 톱니는 유격과 마찰을 낳아 가장 섬세한 보정의 정밀도를 떨어뜨렸겠지만, 설계 자체는 대단히 정교하다.

이 기계는 두 천문학 전통을 결합한다. 바빌로니아 천문학에서는 여러 세기 동안 점토판에 기록한 관측으로 찾아낸 긴 주기 관계, 곧 사로스나 행성 주기 같은 정수 주기를 가져왔다. 2006년 연구는 식 예측이 바빌로니아식 산술 주기에 바탕을 두었음을 보여 주었다.

그리스 천문학에서는 히파르코스의 달 이론처럼 원과 주전원으로 불규칙한 운동을 설명하는 기하학적 모형을 가져왔다. 기계는 이런 모형을 움직이는 부품으로 바꾸어, 지구를 중심에 둔 그리스 우주의 물리적 모형을 만들었다.

2016년 연구자들은 앞덮개 명문에서 금성(462년)과 토성(442년)의 주기를 나타내는 숫자를 읽어 냈다. 2021년 유니버시티 칼리지 런던(UCL)의 토니 프리스 팀은 이 주기들이 주기 관계를 조합하는 방법으로 얻어졌을 수 있다고 보고 이를 플라톤 아카데미아와 관련된 수학과 연결했으며, 이를 바탕으로 다섯 행성 모두를 위한 작은 톱니열을 설계했다.

제작자의 이름은 남아 있지 않다. 명문은 그리스어이고 천문학은 헬레니즘 시대의 것이며, 솜씨는 한 번의 우연한 발명이 아니라 숙련된 전통을 보여 준다. 첫 작품이라 하기엔 너무 정교하므로, 지금은 사라진 선행 장치들이 있었을 것이다.

여러 장소가 제시되었다. 로도스는 천문학과 공학의 중심지로 히파르코스의 고향이었고, 뒤에는 키케로가 비슷한 장치를 만들었다고 전하는 스토아 철학자 포세이도니오스가 머물렀다. 경기 눈금판에는 로도스의 할리에이아가 들어 있고, 별 달력은 로도스 부근의 위도에 잘 맞는다. 코린토스 계열 달력과 도도나의 나아 경기는 그리스 북서부, 아마도 에페이로스의 코린토스 식민시에 사는 사용자를 가리킨다. 2008년 연구는 아르키메데스의 도시 시라쿠사의 가능성도 제기했지만, 이후 연구는 이 달력이 시라쿠사의 것일 수 없음을 보였다. 절충적인 견해는 로도스의 설계 전통에서 나온 것을 에페이로스의 고객을 위해 만든 것으로 본다.

연대도 제각각이다. 데릭 드 솔라 프라이스는 기원전 87년 무렵을 제안했고, 다른 이들은 기원전 150~100년을 주장한다. 2014년 연구는 식 눈금판의 시작일을 기원전 205년으로 보았고, 2022년의 한 제안은 최초 보정일을 기원전 178년으로 잡았다. 보정일이 곧 제작일은 아니다. 모두가 동의하는 것은 배가 가라앉은 기원전 70~60년 무렵 이전에 만들어졌다는 것뿐이다.

고대 저술가들은 하늘의 운동을 보여 주는 장치를 언급한다. 키케로는 대화편 『국가론』(기원전 54~51)에서 로마 장군 마르켈루스가 기원전 212년 시라쿠사 포위 뒤 가져온, 아르키메데스가 만든 천구 모형 두 개를 묘사하며, 그중 하나가 해와 달과 행성들을 보여 줄 수 있었다고 한다. 키케로는 또 친구 포세이도니오스가 최근 해·달·다섯 행성의 일주 운동을 재현하는 장치를 만들었다고 전한다.

몇 세기 뒤 알렉산드리아의 파포스는 아르키메데스가 지금은 사라진 『천구 제작에 관하여』라는 책을 썼다고 전한다. 락탄티우스에서 프로클로스에 이르는 후대 라틴어·그리스어 저술가들도 아르키메데스의 천구를 계속 언급했다. 이 문헌들은 그런 기구가 알려져 있었고 찬탄받았음을 보여 주지만, 안티키티라 기계 자체를 그중 어느 것과도 동일시할 수는 없다.

남아 있는 유물 가운데 비슷한 복잡성을 지닌 기계는 약 1,500년 뒤인 14세기 유럽, 리처드 오브 월링퍼드와 조반니 데 돈디의 천문 시계에서야 다시 나타난다. 그 사이의 증거가 드물어, 고대와 이 시계들을 잇는 톱니 장치의 전통이 끊임없이 이어졌는지는 불확실하다.

스타이스의 발견 뒤에도 많은 학자는 너무 복잡해 보인다는 이유로 이것이 고대 유물일 리 없다고 의심했다. 독일 문헌학자 알베르트 렘이 처음으로 이것이 천문 계산기라고 분명히 주장했다. 본격적인 연구는 과학사가 데릭 J. 드 솔라 프라이스가 1951년 이 문제를 붙잡으면서 다시 시작되었다. 그는 1971년 그리스 물리학자 하랄람보스 카라칼로스와 함께 X선·감마선 영상을 찍었고, 1974년 『그리스인의 톱니(Gears from the Greeks)』를 펴내 첫 전체 복원안을 내놓았다.

2002년 기계공학자 마이클 라이트는 알려진 톱니와 자신이 제안한 행성 표시 장치를 넣어 처음으로 작동하는 모형을 만들었고, 달 위상 장치도 찾아냈다. 2005년부터는 마이크 에드먼즈가 이끈 카디프 대학교 팀과 그리스 연구자들이 함께한 안티키티라 기계 연구 프로젝트가 고해상도 표면 영상과 미세초점 X선 컴퓨터 단층촬영으로 조각 내부를 들여다보았다. 2006년과 2008년 『네이처』에 실린 결과는 판독된 명문을 두 배로 늘리고 뒷면 눈금판을 밝혀냈다.

이후 연구는 사라진 앞면 톱니에 집중되었다. 2021년 UCL 안티키티라 연구팀은 행성 표시 장치의 완전한 복원 모형을 발표하며, 이전 복원안들이 모든 증거와 맞지는 않는다고 주장했다. 앞면 달력 고리의 눈금 수 같은 문제를 두고 다른 연구자들도 대안을 계속 검토하고 있다.

이 기계는 고대 기술에 대한 그림을 바꾸었다. 해독되기 전 역사학자들은 정밀한 톱니 기계가 중세 시계 장치에서 시작되었다고 여겼다. 이 기계는 헬레니즘 장인들이 복잡한 톱니열을 소형화할 수 있었고, 천문학자들이 자기 이론을 눈에 보이고 쓸 수 있게 만들고 싶어 했음을 보여 준다.

또한 고대 과학이 문화를 넘나들며 작동했음을 보여 준다. 바빌로니아의 수치 천문학, 그리스의 기하학적 모형, 이집트와 그리스의 달력이 한 물건 안에 모였다. 경기 눈금판과 달력들은 천문학이 축제와 종교 일정을 정하는 일부터, 어쩌면 점성술과 교육에 이르기까지 사회생활에 봉사했음을 일깨운다.

대중문화는 때로 이 기계를 외계인이나 시간 여행, 사라진 초고대 문명이 있어야 설명되는 수수께끼로 다룬다. 학자들은 오히려 이것을 다른 사례들이 우연히 남지 않은, 알려진 지적 세계의 산물로 본다. 청동은 대개 녹여 다시 썼기에, 보통의 역사가 없애 버린 것을 난파선이 우연히 지켜 낸 것이다. 이 기계는 여러 다큐멘터리에 등장했고, 허구화된 모습으로 영화 「인디아나 존스: 운명의 다이얼」(2023)에도 나왔다.

뒷면 눈금판은 이제 잘 이해되지만, 앞면은 톱니 대부분이 사라져 여전히 논쟁 중이다. 주 톱니와 앞판 사이의 공간, 네 살 바퀴의 흔적, 명문은 모두 톱니가 더 있었음을 시사한다. 라이트의 2002년 모형은 ‘참태양’ 바늘과 다섯 행성의 바늘을 더했다. 에번스·카르만·손다이크(2010)는 황도 눈금의 불규칙한 간격을 이심 태양 표시의 증거로 해석하고 행성용으로는 더 단순한 눈금판을 제안했다. 프리스와 존스(2012)는 달 장치와 비슷한 핀-홈 장치를 쓴 작은 행성 톱니열을 제안했고, 수십 개의 톱니와 여덟 개의 동축 출력을 가진 2021년 UCL 모형은 작은 소인수를 가진 주기 관계에서 톱니 수를 이끌어 내 행성들 사이에 톱니를 공유시킨다.

복원안은 엄격한 물리적 제약을 충족해야 한다. 남은 판의 두께, 베어링과 기둥의 위치, 그리고 행성을 ‘작은 구’로, 해를 ‘작은 금빛 구’로 나타낸 고리 모양 표시를 묘사한 뒷덮개 ‘사용 설명서’의 문구 등이다. 비판자들은 어떤 완전한 모형이든 사라진 부분에 대한 가정을 포함하므로 증명될 수 없다고 지적한다. 모형들은 증거에 얼마나 잘 맞느냐로 평가되는 가설로 보는 편이 옳다.

앞면 달력 고리도 그런 예다. 오랫동안 이집트 태양년을 위한 365칸이라고 여겨졌지만, 고리 아래 남은 구멍들에 대한 통계 분석(2020년 부디셀리치 등, 이어진 독립 연구들)은 약 354칸을 시사해 태음력을 가리킨다. 이것이 맞다면 앞면 눈금판의 사용법이 달라지지만, 이집트식 달 이름은 여전히 수수께끼로 남는다.

기계의 연대 추정은 여러 종류의 증거를 결합한다. 난파선은 하한(terminus ante quem)을 준다. 주화(기원전 76~67년 무렵 주조)와 도기는 침몰을 기원전 70~60년 무렵으로 놓고, 선체 목재의 방사성탄소 연대(기원전 220년 ±43년)는 오래된 나무를 반영한 것으로 여겨진다. 천문학적 연대 추정은 눈금판이 보정된 순간을 찾으려 한다. 카르만과 에번스는 2014년 사로스 눈금판의 식 배열이 기원전 205년 시작에 가장 잘 맞는다고 주장했고, 다른 이들은 기원전 204년이나 178년을 선호한다. 이런 연대는 설계에 들어 있는 기준 시점을 가리킬 뿐이며, 더 오래된 모형에서 베꼈을 수도 있다.

출처 논증은 달력과 축제에 기댄다. 2008년 『네이처』 논문은 메톤 달력의 열두 달 이름을 모두 코린토스식으로 밝혀내, 그리스 북서부의 코린토스 식민시나 시라쿠사를 가리켰다. 파울 이베르센의 2017년 연구는 달력과 경기 눈금판을 분석해, 원형은 로도스에서 왔지만 이 개체는 에페이로스 달력을 쓰는 그곳 고객을 위해 고친 것이며 난파보다 한 세대 이상 앞서지 않는다고 주장했고, 같은 해 알렉산더 존스도 이를 지지했다.

방법론적으로 이 기계는 고고학, 금석학, 천문학사, 공학, 영상 과학의 협업을 보여 주는 본보기다. 부식층 안에 숨은 몇 밀리미터 높이의 글자는 X선 CT가 나오기 전까지 보이지 않았다. 동시에 연구사는 경계도 준다. 자신만만한 복원안들이 새 판독이 나올 때마다 거듭 수정되었고, 2005년까지 수장고에 있던 조각 F처럼 아직 박물관 창고에서 확인을 기다리는 조각이 있을지도 모른다.