국제원자시(TAI: Temps Atomique International, international Atomic Time)

1) 국제원자시의 정의

세계 각지의 원자시계를 비교해서 국제 도량형국(BIPM: International Bureau of Weights and Measures)에서 합성하는 원자시를 의미한다. 

 

 

2) 국제원자시의 원점

국제 원자시의 원점(기점)은 1958년 1월 1일 0시 0분 0초의 세계시 2(UT2: universal time 2)로 결정되었다. 국제단위계(SI)의 시간 단위인 초(second)는 1967년의 제13회 국제 도량형 총회에서 ‘세슘 원자(caesium-133)의 기저 상태의 2개의 초미세 준위 간 경년 변화치에 대응하는 주파수 9,192,631,770Hz의 계속 시간’으로 결정되었다.

 

3) 국제원자시의 역사

시간의 단위인 "초"의 정의는 역사적으로 변천되어 왔다. 과거에는 태양의 운동에 의해 정의된 평균태양초를 사용하였고 지구 자전속도를 기준으로 한 초의 정의가 채택되었다. 지구 자전속도에는 장기적인 감속과 연주(年周)의 주기적인 변동 등 다양한 요인에 의해 불규칙적인 변동이 존재함이 관측되었다. 이러한 영향을 없애기 위해 1960년 제11회 국제도량형총회(CGPM: Conference Generale des Poids et Mesures)에서 '초는 역(歷)표시인 1900년 1월 0일 12시에 대한 태양년의 1/31,556,925.947 배이다'라고 정의했다. 즉, 초의 정의각 지구의 공전주기를 기준으로 하는 것으로 변경되었다. 그러나 공전주기를 측정하기 위해서는 장시간 관측이 필요하며, 당시의 측정 정밀도의 한계로 인해 정확한 값을 측정하기 어려웠다. 이를 보완하고자 원자의 에너지 천이를 이용한 주파수 표준기의 발달로 제13회 CGPM(1967년)에 '초는 세슘 133원자의 바닥 상태에 있는 두 개의 초미세 구조 준위간 천이에 대한 주기의 9,192,631 ,770배의 지속 시간이다'라고 개정되었다.

 

1956년 이전: 평균 태양초	평균 태양일의 86400분의 1
1956년 ~ 1967년: 역표초	초는 역표시로 1900년 1월 0일 12에 대한 태양년의 315,556,925.974 7분의 1
1967년 이후: 원자초	초는 세슘 133 원자의 바닥상태에 있는 두 초미세 준위간의 전이에 대응하는 복사선의 9,192,631 ,770Hz 계속 시간이다.

 

4) 국제원자시의 측정방법

TAI는 전 세계 60개 국가 실험실에서 보유한 300개 이상의 원자 시계 시간의 가중 평균치이다.  TAI  구축에 기여하고 있는 각 기관의 UTC(k)와 소유 원자시계간 시각 차 데이터, GPS 수신 데이터,  위성 쌍방향 시간 주파수 비교법(Two-way satellite time and frequency transfer,TWSTFT)의 데이터가 매월 초에 BIPM의 Time, Frequency and Gravimetry Section에 집약된다. 동 섹션에서는 이들 데이터를 전 세계 원자시계 상로간 시각 비교 데이터를 변환하여 중첩 평균하여 Free time scale(불어 Eschelle Atomique Libere의 약자 EAL이라고 부른다)이 계산된다. 이 EAL에 대해 1차 주파수 표준기에 의한 평가 결과를 가미해 TAI가 생성된다. 이 TAI에 '윤초' 조정을 실시해 세계시(UT1)와의 시각차가 0.9초 이내로 유지되도록 생성되는 것이 협정세계시(UTC)이다. TAI와 UTC는 시각 면에서 초의 정수 배의 차이가 있지만, 1초의 길이 자체는 양시간 모두 동일하다. 이렇게 결정된 UTC와 각 기관의 UTC(k)의 매월분의 시각차가 BIPM에서 CIrcular-T라고 불리는 보고서에 공표된다.