제임스 헨리 코핀: 바람의 지도 제작자

매사추세츠의 농장에서 자란 고아였던 그는 독학으로 하늘을 읽는 법을 배웠고, 결국 스미소니언 협회의 초대 사무총장이 "우리 기관이 후원한 지식에 대한 가장 중요한 공헌"이라고 부른 성과를 냈다. 제임스 헨리 코핀은 자신의 연구실을 갖기 위해 교실을 떠난 적이 없었다. 그는 우편을 통해 끈기 있게 수집된 수천 명의 사람들의 우량계와 풍향계 데이터로부터 일생의 발견을 구축했다.

고아 시절부터 애머스트까지

코핀은 1806년 9월 6일 매사추세츠주 윌리엄스버그에서 태어났다. 그는 낸터킷섬의 첫 영국인 소유주였던 트리스트럼 코핀의 후손이다. 어린 시절 고아가 된 그는 유망한 소년들을 대학에 진학시키는 것으로 유명했던 시골 성직자 모세 할록 목사에게 길러졌다. 이 배치는 성공적이었고, 코핀은 애머스트 대학에 입학하여 1828년에 졸업했다. 그 후 10년 동안 그는 19세기 초 뉴잉글랜드에서 사적인 수입이 없는 수학적 재능이 있는 젊은이가 하던 일, 즉 학교와 작은 대학을 전전하며 가르치면서 영구적인 직업과 연구할 가치가 있는 진짜 문제를 찾았다.

산 위에서 바람을 측정하다

그는 그 두 가지를 동시에 발견했다. 1838년 코핀은 체계적인 기상 관측을 시작했고, 윌리엄스 대학 재직 시절(1840~1843년)에는 매사추세츠주 최고봉인 그레이록산 정상에 자동 기록식 풍속 측정 장치를 설치했다. 이는 초기 기상학의 근본적인 문제, 즉 나무와 건물에 가려진 지상의 관측 기기는 대기의 실제 순환이 아닌 국지적인 소용돌이를 기록한다는 문제에 대한 실용적인 해결책이었다. 코핀에게는 맑은 공기와 탁 트인 장소가 필요했고, 산 정상은 그 두 가지를 모두 제공했다. 1846년 그는 펜실베이니아주 이스턴의 라파예트 대학에서 수학 및 자연철학 교수로 정착하여 사망할 때까지 그 직책을 맡았고, 나중에는 대학 이사회의 회계 담당자도 역임했다.

스미소니언 협회와의 무급 파트너십

라파예트에 도착한 그해, 코핀은 당시 미국 최초의 전국적인 자원봉사 기상 관측망을 구축하던 스미소니언 협회와 수십 년간의 실질적인 무급 협력을 시작했다. 코핀은 원시 관측 데이터를 수집, 확인, 정리하는 지루하지만 필수적인 작업을 맡았다. 이는 19세기적 의미의 '컴퓨터(계산원)' 작업이었으며, 학생들과 특히 산술 계산을 위해 특별히 고용된 여성들의 도움을 받아 수행되었다. 동료들은 나중에 그의 "정확성에 대한 성실한 배려와 진실에 대한 헌신"을 칭찬했으며, 자신의 데이터가 보여줄 수 있는 한계를 인정하고 결론을 과장하지 않으려는 그의 태도를 높이 평가했다. 이는 당시 대중 과학에서는 흔치 않은 습관이었다.

북반구의 바람

그 끈기 있는 축적은 미국 과학 진흥 협회의 의뢰를 받은 코핀의 기념비적인 연구인 《북반구의 바람》(1854년)을 낳았다. 이는 약 600개의 육상 관측소 기록과 해상 선박의 산발적인 관측 데이터를 바탕으로 구축되었다. 이 방대한 데이터로부터 코핀은 북반구의 세 가지 뚜렷한 바람대(무역풍, 중위도 편서풍, 극동풍)를 식별하여 지구의 대규모 대기 순환에 대한 최초의 경험적 근거를 제시했다. 그는 더 나아가 몬순의 반전을 육지와 바다의 가열 차이의 결과로 설명했고, 미국 기상학자 윌리엄 페렐과 함께 풍향과 저기압의 위치를 연결하는 경험칙인 '보이스-발로의 법칙'을 확립하는 데 기여했다. 미국 해양대기청(NOAA)은 나중에 이 북반구 연구를 기상학 역사상 가장 중요한 연구 중 하나로 꼽았다. 또한 이 연구는 이후 영국 상무위원회가 해상 운송의 지침으로 발행한 풍도(wind charts)의 형성에도 영향을 미쳤다.

미완성 지도와의 경주

코핀은 말년에 같은 방법을 전 지구로 확장하려 시도했고, 관측 지점을 약 5배인 3,223개로 늘려 《지구의 바람》이라는 책을 집필하려 했다. 하지만 그는 그것을 완성하지 못했다. 1873년 2월 6일 라파예트 대학에서 66세의 나이로 사망했다. 그는 죽기 직전까지 이사회의 회계 담당자였으며 관측 기기를 다루고 있었다. 원고는 그의 메모를 바탕으로 완성되어 1875년 스미소니언 협회에서 사후 출판되었으며, 러시아 기상학자 알렉산드르 보이코프의 추가 분석이 기고되었다. 코핀의 전 지구적 데이터는 유럽과 미국 모두에서 비교 기상학이라는 새로운 과학의 씨앗이 되었기에 이는 적절한 협력자였다.

제임스가 천재라 불리는 이유

코핀이 천재라 불리는 이유는 이론적 통찰의 번뜩임이 아니라, 더 드물고 유지하기 어려운 것, 즉 기관의 급여 없이 수행된 수십 년간의 정확하고 지루한 통합 작업에 있다. 그것은 흩어져 있던 지역 기상 일지를 대기가 어떻게 지구를 순환하는지 보여주는 최초의 진정한 지도로 바꾸어 놓았다. 여기서 발휘된 특정 인지 능력은 대규모 패턴 인식 능력이었다. 수천 개의 노이즈가 많고 일관성 없는 관측 데이터를 동시에 머릿속에 넣고, 그로부터 소수의 영속적인 물리적 규칙성(세 개의 바람대, 몬순 메커니즘, 기압-풍 법칙)을 추출하는 능력이다. 이는 나중에 더 나은 관측 기기를 갖춘 과학에 의해 뒤집히는 것이 아니라 확인되었다. 스미소니언 협회의 초대 사무총장이자 아첨과는 거리가 멀었던 조셉 헨리는 그 성과를 "우리 기관이 낳은 지식에 대한 가장 중요한 공헌"이라고 평가했다. 이는 19세기 미국 과학자가 자신의 자금 제공자로부터 받을 수 있는 최고의 찬사이다. 정직한 반론도 마찬가지로 명확하다. 코핀은 이론가가 아니었다. 그는 페렐이나 후대의 역학자들이 했던 것처럼 제1원리로부터 대기 순환의 물리학을 유도하지 않았다. 그는 극도로 규율 잡힌 경험주의자이자 데이터 관리자였으며, 만약 '천재'라는 단어가 어울린다면, 그는 위대한 물리학자보다는 위대한 지도 제작자에 가깝다. 개별적으로 신뢰할 수 없는 측정값의 안개 속에서 진정한 형태를 꿰뚫어 보는 능력과, 그 형태가 부정할 수 없는 것이 될 때까지 수집을 계속하는 인내심이다.

유산

코핀의 반구풍 순환 3대 모델은 이후 기상학과 해양학의 표준 참조점이 되었으며, 고립된 관측 기기의 수치가 아닌 대규모의 신중하게 감사된 관측망에 대한 고집은 현재 기후 과학을 정의하는 데이터 기반 방식을 앞서 보여주었다. 펜실베이니아의 작은 대학의 수학 교수가 대륙 전역에 흩어진 자원봉사 관측자들과 주로 우편으로 소통하며 바람의 지도를 완성한 것이다.