[아무Tech] 안녕 2022년…시대마다 달라진 '시간의 기술'

2020년의 마지막 날인 31일 서울 중구 남산타워를 찾은 시민들이 올해 마지막 해넘이를 바라보고 있다. 2020.12.31/뉴스1 ⓒ News1 이성철 기자

(서울=뉴스1) 김승준 기자 = 2022년이 저물고 있다. 천문학적으로는 태양을 기준으로 지구가 특정 지점 부근을 통과하는 현상일 뿐이지만, 새해가 다가오는 시기가 되면 많은 감정이 교차하곤 한다.

사람들이 지구가 특정한 위치에 오는 일을 특별하게 여기는 것은 시간을 숫자로 표현할 수 있게 되면서다.

시간의 표현은 주기적이거나 규칙적으로 일어나는 현상을 기준으로 만들어진다.

가장 전통적인 시간 정의의 근본은 '중력'이다. 지구와 태양, 달, 별 사이의 중력으로 만들어지는 규칙적인 운동은 하루와 한 '달', 1년의 기준이 됐다. 예를 들어 태양이 가장 높이 떠오르는 시간 간격은 하루, 달이 같은 모양이 보이는 간격은 1개월 같은 식이다.

더 세부적인 시간 구분을 위해 태양의 위치를 활용하는 경우도 있다. 오전, 오후, 정오 등이 태양을 기준으로 한 시간 표현이고, 해 시계가 대표적이다.

원시적인 시계인 물시계나 모래시계도 중력을 활용한 시간 측정 기구다.

이후 태엽과 진자 등이 도입되며 시간 측정은 본격적으로 기계적 작동으로 이뤄진다.

예를 들어 진자는 추의 무게에 상관없이 작용하는 중력가속도와 진자의 길이에 의해 결정된다. 지구의 중력가속도는 지역에 따라 다르지만, 오차가 아주 크지 않으므로 길이가 같은 진자를 활용하면 같은 시간 간격을 측정할 수 있다. 진자를 활용한 시간 측정은 흔히 말하는 '괘종시계'(추시계)의 기본원리로 사랑받았다.

일정한 간격으로 돌아가는 태엽을 이용한 시간 측정 방법은 '회중시계'와 같은 시계의 소형화에 기여한다.

전자식 시계는 '쿼츠(Quartz·석영) 시계'로 대중화된다. 석영에 전압을 가해주면 일정한 주기로 진동하는 것을 활용하는 것이다. 이 진동이 특정 회수가 되면 1초로 계산되도록 만들어 초 단위의 시간을 측정하는 식이다. 대부분의 쿼츠 시계는 석영이 32768회 진동하면 1초가 측정되도록 설계됐다.

문화재청 관계자가 17일 오후 서울 종로구 세종로 국립고궁박물관에서 열린 조선의 해시계 '앙부일구' 환수 언론공개회에서 앙부일구를 공개하고 있다. 2020.11.17/뉴스1 ⓒ News1 임세영 기자

초정밀 시계인 원자시계는 원자를 가만히 두었을 때, 들뜸과 바닥상태를 규칙적으로 오가는 것을 이용한다.

시간 측정의 국제 표준인 국제단위계 9판에서도 원자시계를 이용해 1초를 정의한다. 이 정의에 따르면 1초는 세슘 133원자의 섭동이 없는 바닥상태의 초미세 전이가 91억9263만1770회 발생하는 것이다. 복잡한 표현이지만, 원리 자체는 외부의 간섭이 없는 상태에서 원자에서 일어나는 규칙적인 현상을 이용하는 것이다. 또 이렇게 정의된 1초는 광속 불변의 원리에 의해 거리의 표준에 활용되기도 한다. 1미터는 빛이 진공에서 2억9979만2458분의 1초 동안 나아간 경로의 길이다.

세슘 원자시계는 3000만년에 1초의 오차가 발생하는 것으로 알려졌다. 원자시계를 활용해 정의되는 국제 표준시는 각종 네트워크를 통해 컴퓨터, 모바일 기기 등과 동기화되고 있다.

과학과 기술이 발달하면서 천문학적 시간 측정의 한계가 드러나며 오차 보정을 위한 여러 요소가 생기기도 했다. 태양이 하늘에서 같은 별자리의 위치에 오는 시간인 '항성년'과 춘분점을 기준으로 한 '회귀년' 사이에는 오차가 있다. 지구 자전 축의 세차 운동으로 춘분점이 움직이는 것. 과거에 비해 정확한 측정과 분석이 가능해지며 드러난 것이다. 게다가 지구의 자전이 아주 미세하게 느려지는 현상까지 고려하면 미세한 오차 문제는 더 복잡해진다.

즉 전자시계를 기반으로 한 1초를 기준으로 계산한 시간과 천문학적 시간 사이에 오차가 있는 것이 뒤늦게 나타난 것. 이러한 오차 요인을 보정하기 위해서 윤년과 윤초라는 보조 개념이 도입됐다.

다만 윤초는 2035년부터는 적용되지 않는다. 지난 11월18일 도량형 총회에서 결정됐다. 윤초는 내비게이션 및 소프트웨어 시간 계산 등에 오차를 발생시킬 수 있다는 논란이 있어왔다.

seungjun241@news1.kr