원자시계: 더 빨라진 세상, 더 정밀한 시계

해리슨과 항해시계에 관한 일화^[각주:1]를 들어보셨다면, 정밀한 기계시계가 유럽 해양제국의 대양 항해와 "해가 지지 않는 제국" 건설에 얼마아 중요한 역할을 했는 지 잘 아실 것입니다. 대항해시대에 시속 10~20노트 사이 속력으로 항해하던 배가 요즘은 초속 10~20km로 나는 우주선이 되었습니다. 당연히 시계도 더 정밀한 것이 필요하게 되었습니다.

[스페이스]우주선의 시간은 '원자시계'가 알려준다 - 아시아경제 2018-03-04

• 상대성이론이 적용되는 모든 환경. 빠른 상대속도.
• 지리적이든 회로상이든 먼 통신거리.
• GPS시스템
• 우주탐사선
• 인터넷 네트워크
• 전파시계^[각주:2], 타임서버 등 표준시 송출

"인공위성들은 지구궤도의 GPS위성^[각주:3]에서 전파를 받아 시각을 마춘다"는 표현이 재미있네요. 옛날에, 미국 정부가 대기권 바깥이던가? 너무 높은 고도에서는 상업용 GPS신호를 못 받게 했다는 기사를 읽었다고 기억하는데(전화기를 기구에 달아 성층권 이상으로 올리거나 캔샛에 실어 올리는 실험이야기였을 겁니다), 요즘은 어떤지 모르겠습니다.

• 상용화된 세슘 원자시계의 오차:  30만 년에 1초
• 중국이 최근 개발했다는 루비듐 원자시계의 오차: 10억 년에 1초
• 연구 중이거나 아직 상용화가 안 된 것은 더 정밀한 수단도 있다네요.

https://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_clock
영문 위키백과에는, 2004년에  미국NIST가 원자시계를 전자칩만한 크기로 작게 만들었고, 2013년에 상용화되었다는 이야기도 있습니다.

http://scienceon.hani.co.kr/267051

원자시계란 무엇인가? - 노벨상 수상을 계기로 알아 본다 - 과학동아 1989년
: 거의 30년 전 기사입니다만, 그만큼 접근하기 쉬워 보입니다. 분량도 있습니다.

美NASA “올해 심(深)우주 원자시계 시험 발사” By 성신 - 2018년 2월 22일

美NASA 제트추진연구소 20여년 준비

원자시계, 현존하는 가장 정확한 시간 기록 장치

[사이언스] 내비게이션부터 수강신청까지… 생활 속에 들어온 原子시계 - 조선일보 2015.04.20
약 30만년에 1초 오차 세슘 원자시계
GPS위성 원자시계 100만분의 1초 틀리면 자동차엔 300m 이상 잘못된 위치 전송
더 정확한 원자시계 개발위해 노력… '1억년에 1초 오차' 이터븀원자시계 유력
인터넷 네트워크도 곳곳에 원자시계 사용

1초의 정의를 실현하는 원자시계 - 한국표준과학연구원 권택용 박사 인터뷰 - 사이언스타임스 2008
광펌핑방식 원자시계 KRISS-1 개발. 
오차 없는 시계 제작은 불가능. 오차를 줄인 시계를 개발할 뿐.
“우선 자기차폐를 통해 지구자기장을 막는다. 이어서 아주 미세하고 균일한 자기장을 원자의 경로에 만들어준 다음에 원자의 다른 복사선을 이용, 자기장의 세기를 매우 정확하게 측정한다. 그러면 원자의 복사선이 자기장에 의해 얼마나 바뀌었는지 알 수 있고 최종적으로 만들어진 주파수에 자기장에 의해 변화한 값을 빼주면 결국 자기장의 영향이 없는 원자의 복사선의 주파수를 얻을 수 있다.”

한국표준과학연구원 UTCK 프로그램 링크(버전 3.1)

http://www.kriss.re.kr/standard/view.do?pg=standard_set_01
이전 버전 사용자가 업그레이드할 때는 반드시, 프로그램을 제거(언인스톨)한 다음 이것을 받아 설치하라 합니다.

1. 인터넷에서 쉽게 검색됩니다. 관련 영화도 있는데 꽤 감동적입니다. http://amkorinstory.com/1545 https://wol.jw.org/ko/wol/d/r8/lp-ko/102010170 등. [본문으로]
2. 지상 기지국에서 보내는 신호를 단말기가 받아 자동으로 시각을 보정하는 것. GPS로 시각을 맞추기 전에는 이것이 좋은 수단이었고, 지금도 장점이 있는 방식입니다. [본문으로]
3. GPS위성의 고도는 약 20000km입니다. 참고로, 이리듐 전화 중계 위성의 고도는 800km근처고, 방송위성이 사용하는 정지궤도는 36000km근처입니다. [본문으로]