표준연-천문연, ‘광시계’ 검증 협력… ‘초’ 재정의 연구

[대덕연구개발특구 소식]
우주정거장 원자시계와 비교

한국표준과학연구원(KRISS)과 한국천문연구원(KASI)은 2030년경 예정된 시간 단위 ‘초(秒)’의 재정의에 기여하기 위해 협력에 나선다고 12일 밝혔다.

양 기관은 최근 연구협력을 위한 업무협약을 체결하고, 국제우주정거장(ISS)의 원자시계와 한국의 이터븀 광시계를 정밀 비교하는 국제 공동 프로젝트에 본격 착수했다. 현재 시간 단위인 ‘초’ 구현에 사용되는 세슘 원자시계보다 100배 이상 정밀한 ‘광시계’가 차세대 시간 표준으로 주목받으면서, 전 세계 광시계의 성능을 비교·검증하는 작업이 ‘초’ 재정의를 위한 핵심 과제로 떠오르고 있다.

그러나 GPS 등 위성 기반 방식은 정밀도가 낮고, 광섬유망 방식은 대륙 간 연결이 어렵다는 물리적 한계가 있어 그동안 전 세계 광시계 간 정밀 비교 연구에는 어려움이 있었다.

이를 해결하기 위해 등장한 것이 유럽우주국(ESA)의 ‘ACES’ 미션이다.

1990년대부터 추진된 이 프로젝트는 지난해 4월 국제우주정거장(ISS)에 초정밀 원자시계 앙상블 설치를 완료했다. ACES는 ISS에 탑재된 원자시계 시스템을 활용해 아인슈타인의 상대성 이론을 검증하고 기초 물리 법칙을 정밀하게 시험하는 국제 우주 프로젝트다.

우리나라는 ACES 미션 가운데 레이저 기반 시각 비교 방식인 ELT 프로젝트에 참여한다. ELT는 유인 시설인 국제우주정거장을 향해 레이저를 발사하는 방식으로, 인체 안전 문제 때문에 유럽우주국(ESA)의 엄격한 승인 절차를 거쳐야 한다.

표준연과 천문연은 ACES-ELT 참여를 위해 지난해 표준연의 ‘이터븀 광시계(KRISS-Yb1)’와 천문연의 ‘세종 인공위성 레이저추적 시스템(SLR)’을 전용 광섬유망으로 연결했다. 이를 통해 표준연의 정밀 시각 신호를 세종 SLR로 전달하고, 레이저에 실은 신호를 우주로 쏘아 올려 ISS 원자시계와 직접 비교할 수 있게 됐다. 이호성 표준연 원장은 “그동안 기술적 한계로 어려웠던 광시계 성능 검증을 국제 공동 연구를 통해 수행할 수 있게 됐다”며 “우리 측정 기술의 우수성을 세계 무대에서 확인하고, 2030년 예정된 ‘초’ 재정의에 주도적으로 기여할 기반을 마련하겠다”고 말했다.

이정훈 기자 jh89@donga.com

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