조선 시대 최고의 과학자 장영실의 머릿속으로!
해시계와 물시계에 숨겨진 천재적인 아이디어
독창적인 조선의 발명품, 해시계 앙부일구와 물시계 자격루

해시계 ‘앙부일구’와 물시계 ‘자격루’는 어떤 과정을 통해 만들어졌을까? 『장영실의 생각실험실 : 해시계와 물시계』는 장영실의 머릿속으로 들어가 앙부일구와 자격루가 만들어지는 과정을 생각실험이라는 방식으로 찬찬히 따라가 보는 어린이 교양도서이다.
조선 시대의 과학자 장영실은 세종대왕의 명을 받아 해시계와 물시계를 만들었는데, 그가 만든 해시계 ‘앙부일구’는 시각과 절기를 동시에 알 수 있는 세계 최초의 해시계였으며, 물시계 ‘자격루’는 우리나라 최초의 자동 물시계였다. 앙구일부와 자격루는 둘 다 매우 특색 있는 모양을 지녔으며, 세계적으로 아주 뛰어나고 독창적인 시계였다.
장영실의 ‘앙부일구’는 시각뿐 아니라 절기까지 알려주는 전례 없는 해시계였다. 그러면 장영실은 어떻게 해시계를 통해 절기를 알 수 있게 했을까? 이 부분에서 장영실의 천재성을 엿볼 수 있는데, 장영실은 평평한 모양의 해시계를 과감히 던져버리고, 해시계를 오목한 모양으로 만들었다. ‘앙부일구(仰釜日晷)’는 ‘가마솥을 닮은 해시계’라는 뜻이다. 그리고 이렇게 해시계를 오목한 가마솥 모양(반구형)으로 만듦에 따라, 하지에서부터 동지까지 그 그림자를 보는 만으로도 절기를 알 수 있게 되었다. 만약 장영실이 평평한 모양의 해시계를 고집했다면, 앙부일구와 같은 독보적인 해시계는 이 세상에 나타나지 못했을 것이다. 즉, 발상을 전환해 해시계를 오목한 모양으로 만들자, 해시계에서 하지 때의 그림자는 가장 긴 궤적을 그리고, 동지 때의 그림자는 가장 짧은 궤적을 그리게 되었다.
장영실이 만든 자격루는 북과 종과 징 소리로 시각을 알려주는 우리나라 최초의 자동 물시계였다. 장영실은 자격루의 ‘물을 받는 항아리’로 물이 규칙적으로 떨어지게끔 했을 뿐 아니라, 구슬이 떨어질 때의 힘(에너지)을 이용해 매 시각마다 나무인형이 북과 종과 징을 치게끔 했다.
장영실이 만든 자격루의 독창성은 항아리의 개수를 늘리고 구슬을 사용한 데서 엿볼 수 있다.
구체적으로 말하자면, 장영실은 물을 받는 항아리(수수호) 1개와 물을 떨어뜨려주는 항아리(작은파수호, 큰파수호) 2개를 만든 다음, 큰파수호에서 작은파수호로, 작은파수호에서 수수호로 물을 떨어뜨리는 식으로 물시계를 만들었다. 일정한 시간 동안 일정한 물이 수수호로 들어오도록 관의 길이과 두께, 설치 각도를 정교하게 고안했다. 더 나아가 장영실은 파격적으로, 이러한 물시계를 쌍으로 만들었는데, 수수호 1개, 파수호 2개로 만들어진 물시계 옆에 똑같은 물시계를 나란히 놓았다. 이는 물이 가득 찬 수수호에서 물을 빼낼 때에는 시간을 재기 어려우므로, 수수호에서 물을 빼낼 때 시간을 잴 수 있는 물시계를 하나 더 만든 것이다.
이뿐 아니라, 장영실은 매 시각마다 물시계의 나무인형이 북과 종과 징을 칠 수 있도록, 구슬을 동력으로 이용하는 놀라운 해결책을 생각해낸다. 떨어지는 구슬의 위치에너지와 구르는 구슬의 운동에너지가 나무인형에게 전해져, 나무인형이 북과 종과 징을 치게 만들었던 것이다. 이 방식을 통해 자격루는 사람의 손을 빌리지 않고도 시각을 자동으로 알려주는 조선 시대 최초의 자동 물시계가 되었다.
이처럼 이 책은 장영실의 머릿속으로 들어가 해시계 앙부일구와 물시계 자격루의 창조 과정을 생각실험으로 한 조각 한 조각 끼워 맞춰 나가는 책이다. 이 책과 함께 장영실의 머릿속으로 들어가 해시계와 물시계를 만들어본 어린이들은 조선 시대 최고의 과학자 장영실의 천재성을 그 누구보다도 생생하게 느끼게 될 것이다.


생각실험실 시리즈는 세상을 바꾼 인물들의 머릿속으로 들어가, 세상을 바꾼 아이디어가 어떤 과정을 거쳐 나왔는지 살펴보는 시리즈입니다. 저자는 마치 역사 속 인물의 머릿속을 여행하듯, 각 인물들이 몰두했던 고민과 딜레마, 시대적 분위기를 두루 살펴가면서, 하나의 생각이 움트고 정교해지다가 마침내 한계를 뛰어넘어 독보적인 아이디어가 되는 과정을 찬찬히 밟아 나갑니다. 생각실험실 시리즈가 선택한 조선 시대의 인물은 훈민정음을 창제한 ‘세종대왕’, 조선 시대 최고의 과학자 장영실, 그리고 거북선을 만든 조선의 명장 이순신 장군입니다. 『세종대왕의 생각실험실: 훈민정음』,『장영실의 생각실험실: 해시계와 물시계』에 이어, 『이순신의 생각실험실 : 거북선』(근간)도 곧 선보일 계획입니다.