국제원자시

3. 정의

국제원자시(TAI)는 1970년 국제도량형위원회(CIPM) 산하 초 정의 자문위원회(CCDS, 현 CCTF)에서 다음과 같이 정의되었다.^[12]

Le Temps atomique international est la coordonnée de repérage temporel établie par le Bureau international de l'heure sur la base des indications d'horloges atomiques fonctionnant dans divers établissements conformément à la définition de la seconde, unité de temps du Système international d'unités.^프랑스어

번역: 국제원자시(TAI)는 국제단위계에서 시간의 단위인 초의 정의에 따라 여러 기관에서 운영되는 원자시계의 지시값을 기반으로 국제시간국이 정하는 기준이 되는 시각의 좌표이다.

당시에는 국제시간국(BIH, 현 국제지구자전 및 기준계서비스)이 TAI를 관리했으나, 1988년 1월 국제도량형국(BIPM)으로 이관되었다.

1980년, CCDS는 상대성이론의 효과를 고려하여 TAI의 정의를 다음과 같이 완성했다.

Le TAI est une échelle de temps-coordonnée définie dans un repère de référence géocentrique avec comme unité d'échelle la seconde du SI telle qu'elle est réalisée sur le géoïde en rotation.^프랑스어

번역: TAI는 회전하는 지오이드(geoid) 상에서 실현되는 국제단위계(SI)의 초를 눈금의 단위로 한 지구중심좌표계에서 정의되는 좌표시의 눈금이다.

일반상대성이론에 따르면, 이상적인 시계라도 과거에 어떤 중력장 속에서 어떤 운동을 했는지에 따라 상호 비교 시 차이가 발생한다. 이를 고유시라 한다. 지구 포텐셜의 영향으로 시계 위치의 표고(지오이드로부터의 높이) 차이에 따라 각 시계의 고유시는 1km당 1.1e-13의 속도 차이가 발생하므로, TAI 작성에 기여하는 원자시계는 지오이드상의 SI 초를 기준으로 보정한다.

1991년 국제천문연맹(IAU) 결의에 따라 TAI는 지구시(TT)를 실현하는 하나의 시각계로 정의되었으며, 지구시와는 32.184초 차이가 난다.^[12]

4. 역사

1949년 미국 국립표준국(NBS, 현재 NIST)에서 암모니아를 이용한 분자 주파수 표준기를 만들었고, 1955년 6월에는 영국 국립물리학연구소(NPL)에서 세슘 원자 주파수 표준기를 실용화하여, 이후 각국의 세슘 표준기도 잇달아 가동되기 시작했다.

원자 시각 서비스는 1955년 영국 영국 국립물리학연구소 (NPL)에서 최초의 세슘 원자시계를 사용하여 실험적으로 시작되었다.^[13] 이는 그리니치 천문대의 석영 시계를 보정하고 그리니치 원자시(GA)라는 시각 척도를 설정하는 기준으로 사용되었다. 미국 해군 천문대는 1956년 9월 13일 Atomichron 상용 원자시계를 사용하여 A.1 척도를 시작했으며, 이어 볼더 국립표준기술연구소에서 1957년 10월 9일 NBS-A 척도를 시작했다.

국제시간국(BIH)은 1955년 7월에 지역 세슘 시계와 VLF 무선 신호의 위상을 사용한 원거리 시계와의 비교를 모두 사용하여 T_m 또는 AM 시각 척도를 시작했다. BIH 척도, A.1 및 NBS-A는 1958년 초에 에포크에 의해 정의되었다. BIH에서 사용하는 절차는 진화했고 시각 척도의 이름은 1964년 ''A3''^[8], 1969년 ''TA(BIH)''로 변경되었다.

1958년, 각국 천문대의 세계시(UT)를 집계하여 협정 세계시를 산출하던 국제시간국(BIH, 현 국제지구자전 및 기준계 시스템(IERS))이 원자시 데이터 집계 및 처리 책임을 맡게 되었다. 국제시간국(BIH, 현 IERS) 중앙국(파리 천문대)이 있는 프랑스 원자시 표준을 매개로 각국 원자시 표준과 비교 결과를 집계하여 원자시를 산출하게 된다.

1967년/1968년 제13차 국제도량형총회(CGPM)에서 세슘 원자 주파수 표준 기반 국제단위계(SI) 초(秒) 정의가 채택되었다.^[40]

1970년 국제도량형위원회(CIPM)는 국제원자시(TAI)를 "국제단위계에서 시간 단위인 초의 정의에 따라 여러 기관에서 운영되는 원자시계 지시값을 바탕으로 국제시간국이 정하는 기준이 되는 시각 좌표"로 정의하였다.^[40]

1971년 제14차 국제도량형총회(CGPM) 결의에 따라 CIPM은 국제원자시(TAI) 정의를 제시하고, 국제시간국(BIH)에 그 합성을 위탁했다.

1976년 국제원자시(TAI) 주파수가 SI 초 정의값보다 빠른 것이 밝혀져 1977년 국제원자시(TAI) 주파수를 수정했다.

1980년 상대성이론 효과를 고려하여 국제원자시(TAI) 정의를 "회전하는 지오이드 상에서 실현되는 SI 초를 단위로 한 지구중심좌표계에서 정의되는 좌표시"로 변경하였다.

1983년 GPS 위성 이용 시각 비교 방식이 도입되어 아시아 여러 국가 원자시계도 국제원자시 결정에 기여할 수 있게 되었다. 그 결과, 국제원자시(TAI)는 세계 각국 원자 표준이 생성에 기여하는 국제적인 시계 시스템이 되었다.^[53]

1985년 국제천문연맹(IAU) 총회에서 국제시간국(BIH)을 개편하여 국제지구자전관측사업(IERS)을 1988년 1월부터 출범시키기로 결정했다. 또한, 국제원자시(TAI) 관리를 국제도량형국(BIPM)으로 이관하는 것을 인정하였다.^[55][56] 1987년 제18차 국제도량형총회(CGPM) 결의에 따라 국제원자시(TAI)는 BIPM이 관리하게 되었다.

1970년대에는 TAI에 참여하는 시계가 중력 시간 지연으로 인해 서로 다른 속도로 작동하고 있음이 분명해졌고, 따라서 결합된 TAI 척도는 다양한 시계 고도 평균에 해당했다. 줄리안 데이트 2443144.5(1977년 1월 1일 00:00:00 TAI)부터 모든 참여 시계 출력에 보정을 적용하여 TAI가 지오이드(평균 해수면)의 적절한 시간에 해당하도록 했다.

4. 1. 적산 원자시 (1955년 이전)

4. 2. 원자시 (1955년 ~ 1970년)

4. 3. 국제원자시 성립 (1970년 ~ 현재)

5. 협정 세계시(UTC)와의 관계

협정 세계시(UTC)는 세계의 법적인 시간의 기준으로, 국제 원자 시(TAI)와의 차이가 정수 초로 유지되고 있다. 지구 자전의 각속도 변동에 따라 세계시 UT1과 협정 세계시(UTC)와의 차이가 0.9초를 넘지 않도록 윤초 조정을 시행한다. 2019년 2월 현재, UTC는 TAI보다 37초 느리다. 태양이 정확히 머리 위 가장 높은 지점에 있는 시간이 정오에 가깝게 유지되는 것도 윤초 조정 덕분이다. 윤초 조정이 있는 협정 세계시(UTC)는 불연속적인 시간 체계인 반면, 윤초 조정이 없는 국제 원자 시(TAI)는 연속적이고 안정된 시간 체계이다. 윤초 조정은 지구 자전의 불규칙적인 변동에 따라 시행되므로, 두 UTC 시간 사이의 정확한 시간을 계산하려면 그사이에 보정된 윤초표를 참조해야 한다. 이러한 불편을 피하기 위해, 수년에 걸친 장시간의 정확한 측정을 요구하는 과학적 용도에서는 협정 세계시(UTC) 대신 국제 원자 시(TAI)가 사용되는 경우가 있다.^[57] 이 때문에 국제 원자 시(TAI)는 윤초를 처리할 수 없는 시스템에서도 널리 사용된다. UT1은 국제지구자전 및 기준좌표계사업(IERS)에 의해 계산되고 있다.

참조

_[1] 문서 Temps atomique 1975 2020-04-00
_[2] 논문 Is the International Atomic Time TAI a coordinate time or a proper time?
_[3] 웹사이트 Bulletin C 52 http://hpiers.obspm.[...] IERS 2016-07-06
_[4] 뉴스 Do not adjust your clock: scientists call time on the leap second https://www.theguard[...] 2022-11-18
_[5] 서적 BIPM Annual Report on Time Activities https://webtai.bipm.[...] International Bureau of Weights and Measures 2020-00-00
_[6] 문서 Explanatory Supplement of BIPM Circular T https://webtai.bipm.[...] International Bureau of Weights and Measures 2021-07-12
_[7] 웹사이트 Circular T https://www.bipm.org[...] International Bureau of Weights and Measures
_[8] 웹사이트 The epoch of TAI is 1961-01-01T20:00:00 UT2 https://www.ucolick.[...] UCO/Lick Observatory
_[9] 논문 Relativistic time scales in the solar system 1990-03-00
_[10] 웹사이트 CCTF 09-27 http://www.bipm.org/[...] International Bureau of Weights and Measures 2007-09-03
_[11] 간행물 国際文書第 8 版　(2006)　国際単位系 （SI）　日本語版 https://www.nmij.jp/[...] (独)産業技術総合研究所
_[12] 학회발표 ⅩⅪth General Assembly, Buenos Aires, Argentina, 1991 / ⅩⅪe Assemblee Buenos Aires, Argentine, 1991 http://www.iau.org/s[...] The International Astronomical Union 1991-00-00
_[13] 논문 最近の時間の標準について 日本機械学会 1965-01-05
_[14] 논문 原子時と原子時計(<小特集>計測・制御) 日本機械学会 1969-08-05
_[15] 논문 時についての最近の情勢 : 国際天文連合総会に出席して 日本時計学会 1965-03-30
_[16] 서적 Bureau International de l’Heure Rapport Annuel four 1967 https://webtai.bipm.[...] Bureau International de l’Heure 1968-00-00
_[17] 서적 Bureau International de l’Heure Annual Report for 1968 https://webtai.bipm.[...] Bureau International de l’Heure 1975-12-00
_[18] 웹사이트 BIPM - CIPM, 1964 http://www.bipm.org/[...] 국제도량형국 2014-02-02
_[19] 웹사이트 BIPM - Résolution 5 de la 12^e réunion de la CGPM (1964) http://www.bipm.org/[...] 국제도량형국 2014-02-02
_[20] 논문 第31(時)委員会 (第13回IAU総会からの報告) https://www.asj.or.j[...] 日本天文学会 1967-12-00
_[21] 웹사이트 BIPM - Résolution 1 de la 13^e réunion de la CGPM (1967/68) http://www.bipm.org/[...] 국제도량형국 2014-02-02
_[22] 논문 第19(地球回転)委員会,第31(時)委員会 (IAU第14回総会(特集)) -- (第14回IAU総会からの報告) https://www.asj.or.j[...] 日本天文学会 1970-10-00
_[23] 학회발표 ⅩⅣth General Assembly, Brighton, UK, 1970 / ⅩⅣe Assemblée Générale, Brighton, UK, 1970 http://www.iau.org/s[...] The International Astronomical Union 1970-00-00
_[24] 웹사이트 BIPM - Résolution 1 de la 14^e réunion de la CGPM (1971) http://www.bipm.org/[...] 국제도량형국 2014-02-02
_[25] 서적 Bureau International de l’Heure Rapport Annuel four 1969 https://webtai.bipm.[...] Bureau International de l’Heure 1970-00-00
_[26] 서적 Bureau International de l’Heure Annual Report for 1970 https://webtai.bipm.[...] Bureau International de l’Heure 1971-00-00
_[27] 서적 Bureau International de l’Heure Rapport Annuel for 1971 https://webtai.bipm.[...] Bureau International de l’Heure 1972-00-00
_[28] 서적 Bureau International de l’Heure Annual Report for 1972 https://webtai.bipm.[...] Bureau International de l’Heure 1973-00-00
_[29] 서적 Bureau International de l’Heure Annual Report for 1972 https://webtai.bipm.[...] Bureau International de l’Heure 1973-00-00
_[30] 서적 Annual Report of the BIPM Time Section for 1988 https://webtai.bipm.[...] Bureau International des Poids et Mesures 1989-00-00
_[31] 서적 Annual Report of the BIPM Time Section for 1992 https://webtai.bipm.[...] Bureau International des Poids et Mesures 1993-00-00
_[32] 웹사이트 NTP Working Group http://hiroshi1.hong[...] WIDEプロジェクト
_[33] 웹사이트 第１０回ＩＥＲＳ技術開発センター会議・議事録 https://www2.nict.go[...] 情報通信研究機構 1997-03-29
_[34] 서적 Annual Report of the BIPM Time Section for 1997 https://webtai.bipm.[...] Bureau International des Poids et Mesures 1998-01-19
_[35] 논문 Ⅱ 各研究分野の研究成果・活動状況 9. 地球回転研究系 水沢観測センター https://www.nao.ac.j[...] 国立天文台 1997-10-20
_[36] 서적 Bureau International de l’Heure Annual Report for 1980 https://webtai.bipm.[...] Bureau International de l’Heure 2024-04-05
_[37] 서적 1992年度WIDEプロジェクト研究報告書 第15部NTP http://hiroshi1.hong[...] WIDEプロジェクト 2024-04-04
_[38] 서적 Annual Report of the BIPM Time Section for 2001 https://webtai.bipm.[...] Bureau International des Poids et Mesures 2024-04-05
_[39] 서적 Annual Report of the BIPM Time Section for 2003 https://webtai.bipm.[...] Bureau International des Poids et Mesures 2024-04-05
_[40] 학술지 第7回 CCDS 会議に出席して 日本時計学会 2014-02-02
_[41] 서적 Bureau International de l’Heure Rapport Annuel pour 1975 https://webtai.bipm.[...] Bureau International de l’Heure 2024-04-14
_[42] 서적 Bureau International de l’Heure Annual Report for 1976 https://webtai.bipm.[...] Bureau International de l’Heure 2024-04-14
_[43] 서적 Bureau International de l’Heure Annual Report for 1976 https://webtai.bipm.[...] Bureau International de l’Heure 2024-04-08
_[44] 서적 Annual Report of the BIPM Time Section for 1988 https://webtai.bipm.[...] Bureau International des Poids et Mesures 2024-04-05
_[45] 학술지 3. 平均原子時TA（RRL）の決定 電波研究所 2024-04-08
_[46] 서적 Bureau International de l’Heure Annual Report for 1979 https://webtai.bipm.[...] Bureau International de l’Heure 2024-04-08
_[47] 서적 Annual Report of the BIPM Time Section for 1988 https://webtai.bipm.[...] Bureau International des Poids et Mesures 2024-04-05
_[48] 서적 Bureau International de l’Heure Annual Report for 1979 https://webtai.bipm.[...] Bureau International de l’Heure 2024-04-14
_[49] 학술지 無線報時の利用について 東京地学協会 2014-03-11
_[50] 학술지 Note on variability of the time Standard due to the relativistic effect 1964-04-01
_[51] 학술지 Annual variation of an atomic clock 1967-12-01
_[52] 학술지 日本測地学会20周年紀念特別講演 時と測地―測地衛星と月レーザ観測のすすめ― 日本測地学会 2014-02-11
_[53] 학술지 一億分の一秒の時計比較－国際的に結ばれた中央標凖時 https://www.asj.or.j[...] 日本天文学会 2013-12-29
_[54] 웹사이트 沿革 https://unit.aist.go[...] 産業技術総合研究所 2023-01-01
_[55] 학술지 第XIX回 IAU総会 https://www.asj.or.j[...] 日本天文学会 2014-02-01
_[56] 학회 ⅩⅨth General Assembly, Delhi, India, 1985 / ⅩⅨe Assemblee Generale, Delhi, Inde,1985 http://www.iau.org/s[...] The International Astronomical Union 2014-02-01
_[57] 학술지 暦象年表の改訂について https://www.nao.ac.j[...] 国立天文台 2023-09-23
_[58] 웹인용 Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) Time Department http://iag.dgfi.tum.[...] Report of the International Association of Geodesy 2011-2013 2017-04-11
_[59] 웹인용 Time http://www.bipm.org/[...] International Bureau of Weights and Measures 2013-05-22
_[60] 인용 Circular T ftp://ftp2.bipm.fr/p[...] International Bureau of Weights and Measures 2017-09-05