세계최초 ‘초’ 시공간 측정 정밀도 100배 높이는 융합연구 추진 [국토교통부]
24일 5개 기관 초(second) 재정의 위한
‘시공간 융복합 연구 협력’ 체결
국토교통부 국토지리정보원(원장 사공호상), 한국과학기술원(총장 이광형), 한국과학기술정보연구원(원장 김재수), 한국천문연구원(원장 박영득), 한국표준과학연구원(원장 박현민)은 11월 24일 한국천문연구원에서『시공간(視空間, Space-Time) 융복합 연구 협력』을 위한 양해각서를 체결했다고 밝혔다.
국토지리정보원 우주측지관측센터
(VLBI 구성) 직경 22m 안테나, 우주전파 수신기 및 저장장치 등
이번 업무협약(MOU)을 통해 5개 기관은 ▲각 기관이 보유한 주요 연구장비의 공동활용 ▲ 시공간 극한 정밀도 측정 연구 ▲ 연구 데이터 생산, 전송, 분석, 활용 및 국제공동연구 ▲기타 공동 관심분야의 융복합 협력분야를 발굴ㆍ추진하고 상호 협력*하기로 하였다.
* (협력 인프라) 한국표준과학연구원 이터븀(Ytterbium)광시계, 한국과학기술원 광주파수빗 기술, 한국과학기술정보연구원 국가과학기술연구망(KREONET), 한국천문연구원 한국우주전파관측망(KVN), 국토지리정보원 우주측지관측센터 측지VLBI 시스템 ☞ 자세한 사항은 첨부파일 참고
현재 국제단위계(SI)*에서 가장 높은 정확도를 지니고 있는 시간 단위인 ‘초**’는 기술적 한계로 인해 1967년 정의된 이후 반세기가 지나도록 재정의되지 못하고 있는 실정이다.
* (국제단위계, System of International Units) 전 세계가 공통으로 사용하는 전류(Ampere)ㆍ온도(Kelvin)ㆍ시간(Second)ㆍ길이(Meter)ㆍ질량(Kilogram) ㆍ물질량(Mole)ㆍ광도(Candela) 등 7개의 기본단위
** 세슘원자가 갖는 고유 움직임(초당 91억번 진동)을 측정하는 ‘초’ 결정 기술
우리나라에서 시공간 연구에 주도적으로 참여하고 있는 국내기관 간 융합연구 협력을 추진하여, 세계최초로 시공간 측정 정밀도를 100배 높이는 융합연구를 한다는 계획이다.
초를 기존 세슘원자시계보다 100배 이상 정밀하게 측정하면, 국제단위계인 ‘초’ 재정의에 기여 가능하며, 세슘원자시계 기반의 시간ㆍ공간 측정 정밀도가 이론적으로 100배 높아진다.
‘초’ 재정의를 위한 주요 기술
①세슘원자시계보다 정밀도가 높은 광시계* 제작 기술
②대륙간 멀리 떨어져 있는 광시계 간 성능 비교 검증 기술
③광시계가 생성한 시각 정보를 높은 안정도로 전송할 수 있는 정보통신 인프라
* 광시계란? : 기존 세슘원자시계의 정확도(소수점 16자리까지 측정)보다 100배 (소수점 18자리까지 측정 가능) 100배 정밀하게 ‘초’를 결정하는 장비
5개 기관은 2020년 4월 국가과학기술연구회(NST) 선행융합연구사업 ‘광대역VLBI* 기반 시공간 측정 정밀도 한계 극복을 위한 선행연구’를 성공적으로 마쳤으며, 오는 12월 이탈리아의 국립도량형연구소(INRiM), 국립천체물리연구소(INAF)와 함께 VLBI를 활용한 대륙 간 시각비교 실증 관측을 진행할 예정이다.
* 기존 VLBI(Very Long Baseline Interferometer, 서로 멀리 떨어져 있는 전파망원경을 이용하여 우주ㆍ지구 공간을 측정하는 기술) 시스템을 업그레이드하여 시공간 측정 정밀도를 높일 수 있는 새로운 기술
오는 12월 이탈리아의 국립도량형연구소(INRiM), 국립천체물리연구소(INAF)와 함께 VLBI를 활용한 대륙 간 시각비교 실증 관측을 진행할 예정이다.
국토교통부 국토지리정보원 사공호상 원장은 “이번 협약을 통해 우리나라는 세계적인 수준의 대륙 간 광시계 시각비교 기술 관련 연구를 수행하는 한편, 4차 산업혁명 시대에서 초정밀 시공간 정보 전송 및 동기화를 통한 초연결 시대 선도 및 새로운 과학연구 성과 창출을 위한 기반을 마련할 수 있을 것으로 기대“한다고 밝혔다.
| 협력인프라(일부) 한국표준연구원‘광주파수 원자시계’ (광시계) 현재 마이크로파 대역인 세슘원자보다 10,000배 이상 높은 광주파수(수백 조 헤르츠(Hz))를 사용하는 원자를 이용하여 만든 원자시계를 광주파수 원자시계(이하 ’광시계)라 함. 주파수가 높기 때문에 훨씬 정확한 측정을 할 수 있고, 현재 개발 중인 광시계들은 기존의 세슘시계보다 100배 높은 정확도를 보이고 있음 (표준과학연구원 이터븀 광시계) 한국표준과학연구원은 2003년부터 이터븀(Yb) 원자를 이용한 광시계(일명 KRISS-Yb1) 개발을 시작하였고, 2014년 최초 개발을 완료하였으며, 2021년 성능을 기존보다 20배 이상 향상해 세계협정시(UTC)에 참여하는 데 성공. ‘KRISS-Yb1’은 20억 년 동안에 1 초 정도의 오차를 가질 만큼 정확함. ‘KRISS-Yb1’은 세계협정시 생성에 지속적으로 참여할 뿐만 아니라, 대한민국 시간의 표준인 UTC(KRIS)의 생성에도 이용될 예정. 실시간 UTC(KRIS) 운용과 정확도 향상을 통해 인터넷 및 무선통신망, 전력망 등의 성능 증대가 가능하며 한국형 위성항법시스템(KPS)를 위한 시간 표준에도 활용될 전망. 또한 2030년경에 있을 초의 재정의에도 주도적인 역할을 함으로써 우리나라의 위상을 높이고, 정밀과학의 초석을 다지게 될 것으로 기대됨 한국과학기술원‘광주파수빗’ 광주파수빗 기술 : 펨토초(femtosecond) 레이저나 마이크로공진기(microresonator)를 이용하여 시간 영역에서는 일정한 간격의 광펄스열(optical pulse train)을 생성하고, 주파수 영역에서도 일정한 간격으로 수 만개 이상의 광 주파수들을 일정한 간격으로 생성하는 기술  광주파수빗 기술을 이용하면 광주파수와 마이크로파ㆍ밀리미터파 주파수 간을 결맞게(coherently) 연결할 수 있어, 매우 낮은 잡음의 광주파수와 마이크로파ㆍ밀리미터파를 동시에 생성 가능함 따라서 광주파수빗 기술을 활용해 광시계나 초장기선 간섭계(VLBI)에서 필요로 하는 높은 안정도와 낮은 위상잡음을 가지는 마이크로파ㆍ밀리미터파 생성할 예정 국토지리정보원‘측지VLBI 시스템’ 측지VLBI(Very Long Baseline Interferometry, 超長基線 電波干涉計) 수 십억 광년 떨어져 있는 준성(Quasar)에서 방사되는 전파를 지구상 복수의 전파망원경(안테나)으로 동시에 수신, 그 도달시각의 차이를 정밀하게 계측ㆍ해석함으로써 관측점의 위치좌표를 고정밀도로 구하는 시스템  글로벌 및 대륙간 지각변동 관측ㆍ예측, 지구자전축 변화 및 지구물리량 파악에 활용, 우리나라 측량원점의 고정밀화 및 국가기준점 정확도를 향상 |
국토교통부 위치기준과 국토지리정보원
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