"1초를 다시 정의한다"…한국, ISS 원자시계와 우주 시간 비교 나서[과학을읽다]

표준연·천문연, 국제우주정거장 원자시계와 광시계 비교 공동연구 착수
독일 이어 세계 두 번째 ACES-ELT 참여…2030년 '초' 재정의 기여 기대

"1초는 얼마나 정확해야 할까."

한국 연구진이 국제우주정거장(ISS)의 원자시계와 국내 초정밀 광시계를 직접 비교하는 국제 프로젝트에 본격 참여한다. 2030년대 예정된 시간 단위 '초(秒)' 재정의를 앞두고, 한국도 차세대 시간 표준 경쟁에 뛰어든 것이다.

유럽우주국(ESA)의 우주 원자시계 앙상블(ACES)이 국제우주정거장 콜럼버스 모듈 외부에 부착된 모습을 나타낸 이미지. KRISS 제공

한국표준과학연구원(KRISS)과 한국천문연구원(KASI)은 7일 KRISS 대전 본원에서 'SLR 활용 초정밀 광시계 비교 융합연구 협력'을 위한 업무협약(MOU)을 체결했다고 밝혔다.

양 기관은 이번 협약을 통해 국제우주정거장에 탑재된 원자시계와 KRISS의 '이터븀 광시계(KRISS-Yb1)'를 레이저 기반 방식으로 정밀 비교하는 국제 공동 프로젝트 'ACES-ELT'에 본격 참여한다.

현재 국제 표준 시간은 세슘 원자시계를 기준으로 정의된다. 하지만 최근에는 이보다 100배 이상 정밀한 광시계가 차세대 시간 표준 후보로 떠오르면서 세계 각국은 광시계 성능 검증 경쟁에 나서고 있다.

문제는 서로 다른 국가의 광시계를 초정밀 수준으로 비교하는 일이 쉽지 않다는 점이다. 기존 GPS 기반 비교 방식은 정밀도에 한계가 있고, 광섬유망 방식은 대륙 간 연결이 어렵다는 제약이 있다.

이를 해결하기 위해 유럽우주국(ESA)은 국제우주정거장에 초정밀 원자시계 시스템을 설치하는 'ACES(Atomic Clock Ensemble in Space)' 프로젝트를 추진해 왔다. ESA는 지난 4월 국제우주정거장에 원자시계 앙상블 설치를 완료했다.

ACES는 우주와 지상 간 시각 비교를 기존 위성 방식보다 10배 이상 정밀한 수준으로 수행할 수 있는 프로젝트다. 아인슈타인의 상대성 이론 검증과 기초 물리 법칙 시험에도 활용된다.

한국이 참여하는 ELT(European Laser Timing)는 국제우주정거장을 향해 레이저를 발사해 시각 신호를 비교하는 방식이다. 유인 시설인 ISS를 향해 레이저를 쏘는 만큼 유럽우주국의 엄격한 안전 승인 절차가 필요하다. 한국은 독일에 이어 세계 두 번째로 승인을 획득했다.

ACES-ELT 미션 참여를 위한 KASI-KRISS 협력 방안 개요. KRISS 제공

특히 한국과 독일은 국제우주정거장 관측 시간이 서로 달라, ISS 원자시계 안정성 검증에 필요한 데이터를 연속적으로 확보할 수 있는 장점이 있다.

양 기관은 지난해 KRISS의 이터븀 광시계와 KASI의 세종 인공위성 레이저추적 시스템(SLR)을 전용 광섬유망으로 연결했다. 이를 통해 광시계의 초정밀 시각 신호를 레이저에 실어 ISS 원자시계와 직접 비교할 수 있게 됐다.

이번 협약에는 ▲SLR·원자시계 등 연구장비 공동 활용 ▲ACES-ELT 기반 공동연구 ▲전문 인력 교류 및 양성 등이 포함됐다.

이호성 KRISS 원장은 "그동안 기술적 한계로 어려웠던 광시계 성능 검증을 국제 공동 연구를 통해 수행할 수 있게 됐다"며 "2030년 예정된 '초' 재정의에 주도적으로 기여할 기반을 마련하겠다"고 말했다.

박장현 KASI 원장은 "국가 전략 인프라인 세종 SLR을 중심으로 두 출연연이 융합 연구에 나선 것은 의미가 크다"며 "국제 우주 미션에서 한국 과학기술의 위상을 높여 나가겠다"고 전했다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr