'초' 재정의 위해 슈퍼컴·전파망원경 등 국내 첨단장비 총동원한다

표준연·천문연·국토지리정보원 등 5개 기관 협력키로

김휘동 표준연 책임연구원이 이터븀 광시계를 이용해 실험을 진행하고 있다. 표준연 제공

우주와 시공간을 해석하는 국내 첨단 장비와 기술이 모여 세계 최초로 시공간 측정도 100배 향상을 위한 발걸음을 내디뎠다.

한국천문연구원은 24일 대전 유성 천문연에서 국토지리정보원과 KAIST, 한국과학기술정보연구원(KISTI), 한국표준과학연구원 관계자들이 참석한 가운데 ‘시공간 융복합 연구 협력’을 위한 양해각서를 체결했다고 밝혔다. 이번 양해각서는 국제표준시인 세계협정시(UTC)를 결정하고 ‘초’를 재정의하는 문제에 공동으로 협력하는 것을 주요 내용으로 하고 있다.

국제단위계(SI) 가운데 전류(A), 온도(K), 질량(kg), 물질량(mol)은 2019년 재정의가 이뤄졌다. 하지만 가장 높은 정확도로 책정되는 시간 단위 ‘초’는 기술적 한계로 1967년 정의된 이후 반세기가 지나도록 재정의가 이뤄지지 않고 있다. 

현재 ‘초’는 전 세계의 상용 원자시계와 세슘 원자시계로 측정되고 있다. 최근 세슘 원자시계보다 약 100배 정확도가 높은 광시계가 개발됨에 따라 ‘초’ 재정의에 대한 관심이 높아지고 있다. 한국도 최근 표준연이 이터븀 광시계 ‘KRISS-Yb1’ 개발에 성공해 이달 10일부터 프랑스·일본·미국·이탈리아에 이어 광시계로 세계협정시 생성에 기여하는 다섯 번째 참여국이 됐다. 

‘초’를 재정의하려면 세계 각 기관이 개발한 광시계의 주파수 간 비교가 필요하다. 광대역 초장기선간섭계(VLBI)를 활용한 정밀한 시각 비교 방식이 활용된다.  VLBI는 멀리 여러 대륙에 떨어져 있는 여러 대의 전파망원경을 네트워크화해 가상적인 하나의 거대 전파망원경으로 우주를 관측하는 것과 같은 효과를 얻는 시스템이다. 현재 VLBI 기술은 약 5000만 광년 떨어진 블랙홀을 관측할 만큼 뛰어난 시공간 정밀도를 자랑한다.

하지만 대륙 간에 떨어져 있는 광시계 시각정보를 상호 비교하기 위해서는 광시계 신호로부터 잡음 없는 고주파 신호를 생성하는 기술이 필요하다.  대용량의 데이터를 높은 안정도로 빠르게 전송할 수 있는 전송망 인프라 역시 필수다.

이날 협력에 서명한 5개 기관은 각 기관이 보유한 주요 연구 장비의 공동활용, 시공간 극한 정밀도 측정 연구 , 연구데이터 생산, 전송, 분석, 활용, 국제 공동연구, 기타 공동 관심분야의 융복합 협력분야를 발굴·추진하고 상호 협력하기로 했다. 

KISTI는 슈퍼컴퓨터를 비롯한 국내외 첨단연구장비와 대용량 연구데이터를 연결하는 국가과학기술연구망(KREONET)을 제공한다. 이를 기반으로 표준연이 개발한 이터븀 광시계, 수만 개 이상의 광 주파수를 일정한 간격으로 생성하는 KAIST의 광주파수빗 기술, 2019년 세계 최초 블랙홀 그림자 관측에 활용된 천문연의 한국우주전파관측망(KVN)과 국토지리정보원 우주측지관측센터 전파망원경이 결합된 VLBI까지 모두 동원된다. 이를 통해 세계 최초 시공간 측정 정밀도 한계를 극복하기 위한 융합연구를 수행한다.

5개 기관은 지난 2020년 4월 국가과학기술연구회 선행융합연구사업 ‘광대역 VLBI 기반 시공간 측정 정밀도 한계 극복을 위한 선행연구’를 성공적으로 마쳤다. 오는 12월 이탈리아의 국립도량형연구소(INRiM), 국립천체물리연구소(INAF)와 함께 VLBI를 활용한 대륙간 시각비교 실증 관측을 진행할 예정이다.

이번 협약을 통해 한국이 주도적으로 대륙간 광시계 시각비교 기술 관련 연구를 수행하고, 4차 산업혁명 시대에서 초정밀 시공간 정보 전송과 동기화를 통한 초연결 시대를 선도한 것으로 기대된다. 

(왼쪽부터)사공호상 국토지리정보원장, 이상엽 KAIST 연구부총장, 김재수 한국과학기술정보연구원장, 박영득 한국천문연구원장, 박현민 한국표준과학연구원장이 '시공간 융복합 연구 협력’을 위한 양해각서를 체결했다. 천문연 제공

[서동준 기자 bios@donga.com]