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천문학과 GPS의 연관성
국제천문연맹(IAU)에서는 천문학이 다루고 있는 모든 연구활동을 크게 11개 분야(Scientific Division)로 분류하고 있다. 그 중에 제1분야에 해당하는 Fundamental Astronomy에는 천체력, 천체역학, 위치천문학, 지구자전, 사진측성학, 시간 등을 다루는 6개의 위원회(Commission)가 있다.
이들 중에서 위치천문학과 지구자전 분야는 별의 위치에 근간을 둔 천구좌표계를 구현하고 이를 통해 지상의 위치를 나타내는 지구의 통일된 기준좌표계를 구현하는 분야다. 요약한다면 천구 좌표계와 지구 좌표계를 연결하는 학문분야이다
특히 지구자전 분야에서는 IAU와 국제측지 지구물리연맹(IUGG)이 1988년에 공동으로 설립한 국제지구자전국(IERS)을 주축으로 국제적으로 통일된 고정밀 기준좌표계의 구현 및 지구 극운동 변화 감시, 지구동역학(Geodynamics) 등의 연구를 위한 국제협력이 활발히 진행되고 있다. IERS에서는 그 목적을 달성하기 위해 VLBI와 LLR, GPS, SLR 등으로 구성된 국제적인 관측망을 총괄하고 있다. 과거에는 VLBI와 LLR과 같이 별을 이용하는 관측망이 주종을 이뤘지만, 우주시대인 오늘날은 GPS와 SLR과 같이 인공위성을 이용하는 위성측지 관측망이 IERS 연구활동을 주도하고 있다.
특히 GPS는 가격이 다른 시스템에 비해 저렴하고 설치가 용이하기 때문에 IERS의 관측망을 전세계적으로 더욱 조밀하게 구축할 수 있어 IERS 관측망에서 비중과 역할이 점점 증대되고 있는 추세다. 국내에서도 한국천문연구원과 국토지리정보원이 GPS 관측망의 일원으로 IERS 활동에 참여하고 있다. IERS에서는 매년 세계 각국에 분포한 관측망의 고정밀 측지좌표와 이동속도를 산출하여 발표하고 있다. IERS에서 산출하는 관측망의 정밀좌표는 각국 내지는 그 지역의 측지기준점으로 활용되고 있으며 이동속도는 판구조론에 입각한 지각의 움직임을 반영한 것으로 지진 등의 연구에 매우 귀중한 자료로 활용되고 있다. 1994년에 국제기구로 발족되어 현재 전세계 70여개 기관의 364개(2004년 현재) GPS 상시관측소가 참여하여 국제적인 GPS 연구활동을 주도하고 있는 국제 GPS 관측망(IGS)의 주요활동도 위치천문학과 지구과학 및 지구동역학(Geodynamics) 분야에 촛점이 맞춰져 있다.

국제천문연맹(IAU)의 활동과 GPS의 관계

과거에 이용해 왔던 별 대신 오늘날은 인공위성을 이용한다는 점만을 제외하고는 지상의 위치 측정은 위치천문학적인 원리에 의해 이루어진다는 사실은 변함이 없다. GPS 역시 위성측지시스템이므로 천문학의 한 범주에 속하는 것은 자명한 일이다. 또한 GPS로 위치를 측정하기 위해서는 GPS 위성의 궤도 정보를 이용하여야 하는데 위성의 궤도 역시 천체역학에 의해 계산된다. 이와 같은 여러 가지 사실들을 종합할 때 GPS는 어떤 다른 학문보다도 천문학과 매우 밀접한 관계를 맺고 있다.
일반인들은 물론 천문학자들조차 천문학은 하늘을 대상으로 하기 때문에 우리가 살고 있는 지구내에서 일어나는 과학적 현상과는 무관한 것이 아닌가 하는 편견을 가지고 있다. 하지만 IAU에서 제시하는 Fundamental Astronomy 분야에서 다루고 있는 연구활동을 좀더 이해한다면 천문학은 현재 우리가 살고 있는 지구상의 제반 현상 특히, 지구자전, 지각운동, 지구동역학, 측지 및 지구과학을 포함하는 학문 분야임을 알 수 있다. 따라서 한국천문연구원에서 위치천문학 연구의 일환으로 GPS 연구활동을 수행하는 것은 당연하다.

GPS와 Fundamental Astronomy
우리는 보통 천문학을 모든 학문의 기반이 되는 기초과학으로 분류하고 있다. 또한 우리나라에서는 기초과학에 대한 관심과 투자가 다른 분야에 비해 너무 미비하다고 불평하기도 한다. 그럼 과연 천문학의 기반이 되는 분야는 무엇이며 이에 대한 우리의 관심과 이해 및 투자의 정도는 어떠한가? 국제천문연맹(IAU)에서는 천문학이 다루고 있는 모든 연구활동을 크게 11개 분야(Scientific Division)로 분류하고 있다(IAU Home Page 참조: http://www.iau.org). 그 중에 대부분은 현재 국내 천문학계에서도 활발히 연구되고 있고 해당 분야에 종사하는 천문학자들도 많다. 하지만 유독 제1분야에 해당하는 Fundamental Astronomy는 천문학 중에서도 가장 역사가 깊고 용어가 의미하듯이 천문학의 기반이 되는 분야임에도 불구하고 국내에서는 이 분야를 전공한 학자조차 찾기 힘든 상황이다. 심지어는 이 분야에서 무엇을 어디까지 다루는지 조차 잘 모르고 있거나, 혹자는 이 분야에서 다루는 특정분문, 예를 들면 지구의 극운동이나 지각운동의 측정 등이 천문학에서 다루어야 할 분야인가에 대해 의문을 제기하기도 한다. 이러한 상황은 지구가 과연 천문학의 대상인가라는 질문과 상통하기도 한다.
일반인들은 물론 천문학자들조차 천문학은 하늘을 대상으로 하기 때문에 우리가 살고 있는 지구와는 무관한 것이 아닌가 하는 편견을 가지고 있다. 하지만 IAU에서 제시하는 Fundamental Astronomy 분야에서 다루고 있는 연구활동을 좀더 이해한다면 우리의 시각이 너무 단편적이었다는 사실을 인식하게 될 것이다.
Fundamental Astronomy에는 천체력(Ephemerides), 천체역학(Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy), 위치천문학(Positional Astronomy), 지구자전(Rotation of the Earth), 사진 측성학(Photographic Astrometry), 시간(Time) 등을 다루는 6개의 위원회(Commission)가 있다.
이들 중에서 위치천문학과 지구자전 분야는 별의 위치에 근간을 둔 천구 좌표계를 구현하고 이를 통해 지상의 위치를 나타내는 지구의 통일된 좌표계를 구현하는 분야다. 특히 지구자전 분야에서는 IAU와 국제측지 및 지구물리연맹(IUGG: International Union of Geodesy and Geophysics)이 1988년에 공동으로 설립한 국제지구자전국(IERS: International Earth Rotation Service)을 주축으로 범지구적으로 통일된 고정밀 좌표계의 구현 및 지구 극운동 변화 감시, 지구동역학(Geodynamics) 연구를 위한 국제협력이 활발히 진행되고 있다.
IERS에서는 그 목적을 달성하기 위해 VLBI(Very Long Baseline Interferometer)와 LLR(Lunar Laser Ranging), GPS(Global Positioning System), SLR(Satellite Laser Ranging) 등으로 구성된 국제적인 관측망을 총괄하고 있다. 과거에는 VLBI와 LLR과 같이 별을 이용하는 관측망이 주종을 이뤘지만, 우주시대인 오늘날은 GPS와 SLR과 같이 인공위성을 이용하는 위성측지 관측망이 IERS 연구활동을 주도하고 있다. 인공위성을 이용할 경우 밤낮과 날씨에 상관 없이 사용할 수 있다는 장점이 있기 때문이다.
특히 24개의 인공위성을 이용하여 지상 어디에서나 자신의 3차원 위치와 속도, 방향 및 시각을 순식간에 자동으로 측정해 내는 고정밀 위성측지 시스템인 GPS는 가격이 다른 시스템에 비해 저렴하고 설치가 용이하기 때문에 IERS의 관측망을 전세계적으로 더욱 조밀하게 구축할 수 있어 IERS 관측망에서 비중과 역할이 점점 증대되고 있는 추세다. 국내에서도 한국천문연구원과 국토지리정보원이 GPS 관측망의 일원으로 IERS 활동에 참여하고 있다. IERS에서는 매년 세계 각국에 분포한 관측망의 고정밀 좌표와 이동속도를 산출하여 발표하고 있다. IERS에서 산출하는 관측망의 정밀좌표는 각국 내지는 그 지역의 측지기준점으로 활용되고 있으며 이동속도는 판구조론에 입각한 지각의 움직임을 반영한 것으로 지진 등의 연구에 매우 귀중한 자료로 활용되고 있다. 1994년에 국제기구로 발족되어 현재 전세계 70여개 기관의 364개(2004년 현재) GPS 관측소가 참여하고 있는 국제 GPS 관측망(IGS: International GPS Service for Geodynamics)의 주요활동도 위치천문학과 지구과학 및 지구동역학(Geodynamics) 분야에 촛점이 맞춰져 있다.
이제까지 살펴본 바와 같이 Fundamental Astronomy 분야는 현재 우리가 살고 있는 지구상의 제반 현상 특히, 지구자전, 지각운동, 지구동역학, 측지 및 지구과학을 포함하는 학문 분야임을 알 수 있다. 국내 천문학의 진일보와 확대를 위해서는 천문학은 하늘과 우주의 현상만을 대상으로 한 학문이라는 기존의 편견적 인식을 바꿀 필요가 있으며 Fundamental Astronomy 분야에서 다루고 있는 지구의 제반현상 연구에 대한 관심과 투자가 이루어져야 할 것이다.
국내 최초로 1989년부터 GPS 관련 연구를 시작한 한국천문연구원은 GPS를 이용한 위치천문 및 지구과학 연구와 응용사업을 수행하고 있으며, IGS 및 IERS에 참여하여 GPS를 이용한 위치천문 및 지구과학 국제공동연구에 한국을 대표하고 있다.
현재 GPS를 이용한 지구의 극운동 감시, 한반도 및 주변의 지각운동 감시, 고정밀 DGPS 차량항법 체계 구현, 대류층 및 이온층의 변화 감시 등에 관한 연구를 수행하고 있으며, 1995년부터 우리나라를 대표하는 국제적인 GPS 좌표 기준점을 운용하고 있다.
한국천문연구원은 국내 GPS 연구활동의 구심체로서 GPS의 핵심기술 및 응용기술을 선도하고, 국내 GPS 실용화에 필요한 기반기술을 제공하며, 국제적으로 명성있는 위치천문 및 지구과학 관련 GPS 센터로서의 독보적인 지위를 확보하고자 노력하고 있다.
한국천문연구원에서는 "중간진입전략"의 일환으로 GPS를 통해 우리나라에서는 불모지나 다름없는 Fundamental Astronomy의 위치천문 및 지구자전 분야를 개척하고자 노력하고 있다. 이 글을 통해 한국천문연구원에서 수행하고 있는 GPS 관련 연구활동이 천문학과는 무관하다는 기존의 잘못된 인식이 바꿔져 천문학의 기본이 되는 중요분야로 인식되길 기대한다.