[논문]KVN (Korean VLBI Network)의 우주측지학적 기여도 분석

조정호; 박종욱; 박필호

doi:10.5140/jass.2006.23.4.337

문제 정의

KVN을 포함한 동아시아 및 태평 양 지역 측지 VLBI 관측망을 구성하고, 다양한 KVN 조합을 통한 모의실험을 통해 미래에 KVN의 측지 및 지구회전계수 산출 성과 향상에 대한 기여 수준을 정량적으로 예상해보았다. 그 결과 KVN이 동아시아 지 역에 추가됨으로써 최대 50% 정도의 측지성과 향상을 기대할 수 있음을 알 수 있었고, 범지구적인 규모의 측지 VLB:[망에 대해서도 KVN은 관측망을 좀 더 조밀하게 해 줌으로써 지구회전계수 결정 시 최대 20% 수준의 향상에 기여할 수 있을 것으로 예상되었다.
2004). 따라서 이 연구는 동아시아 및 글로벌 VLBI 관측망에 대한 KVN의 기여도 분석에 초점을 맞추었고, 모의실험 결과를 바탕으로 KVN을 활용한 우주측지 관련 유망연구 분야를 예상하였다.
또한 모의실험 결과를 바탕으로 앞으로 KVN이 측 지연구 분야에 효과적으로 기여할 수 있는 연구 분야를 예상해 보았다. 한반도를 중심으로 한 주변지 역은 고전적인 유라시아 판의 주변지 역인 동시에 서해안 지역은 매우 큰 조석간만 차를 보이는 지역이다.
KVN-Pacific 모의실험 결과를 표 3에 정리하였다. 앞서 언급했듯이 KVN-Pacific 모의실험의 목적은 KVN-Asia 망에 알라스카(Gilcreek)와 호주(Hobart)를 추가하여 범지구적 규모의 측지망을 구성함으로써, 이러한 규모의 VLBI 관측망에 적합한 지구회 전 계수 결정에 대한 KVN의 기여도를 정 량적으로 알아보는 것이다. 표에서 보듯이 KVN을 활용함으로써 측지 및 지구회전계수 추정정밀도가 약 10 〜 20% 정도 향상됨을 알 수 있다.

제안 방법

영향을 받는다. 모의실험에서는 KVN으로 조합 가능한 관측소 조합을 모두 적용하여 KVN-Asia와 KVN-Pacific에 대한 기준 비교인자의 추정 정밀도 개선 정도를 비교하였다;
각각의 전파망원경 설치 예상 위치와 망원경간 기선거리는 표 1에 정리된 바와 같다. 이 연구는 KVN 관측망의 예상 위치를 이용하여 가상의 관측망을 구성하고, 이를 이용한 모의실험을 통해 KVN 구축 전.후 국제 VLBI 관측망과 동아시아 지역 VLBI 관측망에 대한 KVN의 측지학적 기여도를 정량적으로 분석하는데 초점이 맞추어져 있다.
후 국제 VLBI 관측망과 동아시아 지역 VLBI 관측망에 대한 KVN의 측지학적 기여도를 정량적으로 분석하는데 초점이 맞추어져 있다. 이를 위해 그림 2와 같이 규모가 다른 두 개의 VLBI 관측망을 임의로 구성하였고, 각각을 KVN-Asia와 KVN-Pacific으로 명명하였다. 그림에서 보듯이 KVN-Asia는 KVN을 포함한 동아시아 지역의 Local VLBI 관측망이고, KVN-Asia에 태평 양주 변의 VLBI 관측소가 추가된 Global VLBI 관측망이 KVN-Pacific이다.

대상 데이터

그림 2. KVN의 우주 측지학적 기여도 분석 모의실험을 위해 구성된 KVN-Asia와 KVN-Pacific.
gov/pub/sked/)의 초기 입력자료로 표 1의 KVN 예상좌표를 사용하였다. 나머 지 IVS 관측소는 ITRF2000(http://itrf.ensg.ign.fr/ITRF_solutions/2000/results/ITRF2000_VLBI.SSC.txt)을 사용하였고, 전파원의 위치는 ICRF95(Ma et al. 1997; ftp://hpiers.obspm.fr/iers/ icrf/iau/icrf_rsc/icrf.rsc)을 사용하였다. 이 가운데 전파원의 경우 점원에 가깝고 전파강도가 우수한 전파원을 다시 선별하여 모의실험 에 사용하였다.
두 가지 모의실험 관측망에서 KVN 관측망은 현재 실제 구축되어 운영되고 있지 않기 때문에 미국 NASA GSFC(Goddard Space Flight Center)에서 VLBI 관측 일정 조정을 위해 개발한 SKED 프로그램(ftp://gemini.gsfc.nasa.gov/pub/sked/)의 초기 입력자료로 표 1의 KVN 예상좌표를 사용하였다. 나머 지 IVS 관측소는 ITRF2000(http://itrf.

데이터처리

gov/solve/)으로 처리되 었다. CALC/S0LVE 프로그램은 SKED 프로그램에서 생성한 Su perfile 을 이용하여 이론적인 관측데이터를 생성하고 자료처리를 수행한다. 이때 관측소마다 실제 관측이 행해질 때 만들어지는 관측 log 정보는 사용되지 않는다.
그림에서 보듯이 KVN-Asia는 KVN을 포함한 동아시아 지역의 Local VLBI 관측망이고, KVN-Asia에 태평 양주 변의 VLBI 관측소가 추가된 Global VLBI 관측망이 KVN-Pacific이다. 정량적 기여도를 판별할 수 있는 기준 비교 인자로는 참여관측소의 좌표와 EOP를 이용하였다. 마지막으로 모의실험 결과를 토대로 향후 KVN의 우주 측지학적 활용 유망분야를 예상하였다.

성능/효과

예상해보았다. 그 결과 KVN이 동아시아 지 역에 추가됨으로써 최대 50% 정도의 측지성과 향상을 기대할 수 있음을 알 수 있었고, 범지구적인 규모의 측지 VLB:[망에 대해서도 KVN은 관측망을 좀 더 조밀하게 해 줌으로써 지구회전계수 결정 시 최대 20% 수준의 향상에 기여할 수 있을 것으로 예상되었다.
KVN의 세 관측소가 모두 측지 기능을 갖춘다면 현재 동아시 아 측지 VLBI망으로 얻을 수 있는 측위 정 밀도보다 두 배 정도 향상된 결과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다. 또한 세 개의 관측소를 각기 달리 조합하여 예측한 결과들도 큰 차이 없이 약 1.5 ~ 2배 수준의 고른 측위 정밀도 향상 효과를 나타내었다. 단일 관측소를 사용할 경우에도 매우 근소한 차이로세 관측소 공히 현재 동아시아 측지 VLBI 관측망에 기여할 수 있을 것으로 여겨진다.
마지막으로 모의실험 결과는 실제 측정 데이터를 이용한 것이 아니고 관측소의 위치와 전파 원의 위치로 만들어지는 기하학적 효과가 반영되어 계산된 것임을 다시 한번 강조한다. 즉 모든 관측소의 측정 데이터가 비슷한 수준의 품질을 갖고 있는 경우에 실제 데이터를 처리한 결과라고 생각할 수 있다.
표 2에서 보듯이 KVN-Asia에 KVN 관측망이 포함된 경우와 그렇지 않은 경우를 비교하면 KVN 관측망이 포함된 경우에 기준 비교인 자의 추정정밀도가 개선됨을 알 수 있다. 모의실험에 이용된 KVN 관측소의 조합에 따라 조금씩 다르지만 대개 20~50% 수준의 좌표 추정정밀도 개선 효과를 나타내었다. 그러나 표 2에서 지구회전계수의 경우 추정정밀도의 크기가 극운동과 UT1-UTC에 대해 IVS 기준 정확도인 약 50»as와 5/2S(Niell et al.
실제로 이러한 일은 일어날 수 없지만 KVN이 구축되어 운용되고 있지 않은 시점에서 이루어진 로의실험이므로 이러한 가정은 불가피한 것이다. 이러한 이유로 CALC/SOLVE 프로그램을 이용한 자료처리 과정은 추정할 변수의 개수가 매우 적고, 초기 선택된 전파원과 관측소 위치에 의한 기하학적 조건에 의해 변수의 추정정밀도가 전적으로 좌우되었다.
이는 실제 관측소마다 서로 다른 관측환경과 관측기기 성능, Clock 오차, 관측자의 숙련도 등에 따른 측정정밀도 차이를 고려하지 않는 것이다. 즉 자료처리 결과는 초기에 선택된 전파원과 관측소로 이루어지는 모의실험 관측망의 기하학적인 조건에 완전히 의존함을 의미한다. 이를 바꾸어 설명하면 모의실험에 참여하는 모든 관측소가 완벽하게 동일한 수준의 측정정밀도를 갖는 관측데이터를 생산하고 있음을 의미하는 것이다.
표에 나타낸 좌표 추정정밀도는 3차원 직교좌표계 각 성분별 추정정밀도의 제곱근에 해당한다. 표 2에서 보듯이 KVN-Asia에 KVN 관측망이 포함된 경우와 그렇지 않은 경우를 비교하면 KVN 관측망이 포함된 경우에 기준 비교인 자의 추정정밀도가 개선됨을 알 수 있다. 모의실험에 이용된 KVN 관측소의 조합에 따라 조금씩 다르지만 대개 20~50% 수준의 좌표 추정정밀도 개선 효과를 나타내었다.
앞서 언급했듯이 KVN-Pacific 모의실험의 목적은 KVN-Asia 망에 알라스카(Gilcreek)와 호주(Hobart)를 추가하여 범지구적 규모의 측지망을 구성함으로써, 이러한 규모의 VLBI 관측망에 적합한 지구회 전 계수 결정에 대한 KVN의 기여도를 정 량적으로 알아보는 것이다. 표에서 보듯이 KVN을 활용함으로써 측지 및 지구회전계수 추정정밀도가 약 10 〜 20% 정도 향상됨을 알 수 있다. KVN-Pacific의 개선 도가 KVN-Asia의 개선도에 비해 낮은 이유는 KVN을 포함한 관측망의 규모가 커졌고, 관측망의 기하학적인 배치 상 KVN이 차지하는 비중이 더 낮아졌기 때문이다.

후속연구

따라서 KVN이 측지학적으로 동아시아 지 역 VLBI망에 가장 크게 기여할 수 있는 분야는 지각 변위 측정 이나 해수 하중 연구와 같은 분야일 것으로 예상된다. KVN의 세 관측소가 모두 측지 기능을 갖춘다면 현재 동아시 아 측지 VLBI망으로 얻을 수 있는 측위 정 밀도보다 두 배 정도 향상된 결과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다. 또한 세 개의 관측소를 각기 달리 조합하여 예측한 결과들도 큰 차이 없이 약 1.
그러나 KVN 관측망이 국내에 설치된다면 동아시아 지 역의 관측밀도의 단점 이 보완되는 동시에 우주측지 VLBI 기술의 장점을 살리게 되므로 한반도 및 주변지역에 대한 지각변위 감시, 상층대 기연구, 해수대기 하중 연구 등과 같은 국지적 활용이 가능할 것으로 예상된다. 뿐만 아니라 KVN의 IVS 활동은 범지구적 규모의 지 각판 운동 연구나 기후변화 연구, 지구회전관련 계수 산출, ICRF 유지 등에 긍정적인 영향을 줄 것으로 예상된다(Niell et al.
5 ~ 2배 수준의 고른 측위 정밀도 향상 효과를 나타내었다. 단일 관측소를 사용할 경우에도 매우 근소한 차이로세 관측소 공히 현재 동아시아 측지 VLBI 관측망에 기여할 수 있을 것으로 여겨진다.
2002)와 서해 해수 하중에 의한 한반도 지각판의 수직 변위연구(박관동 2003) 가대표적 인 것이다. 따라서 KVN이 구축되어 좀 더 조밀해진 동아시아 VLBI 관측망을 활용한 이 지 역의 지각 변위 및 해수하중 연구가 유망할 것으로 예상된다. 또한 KVN의 국제 VLBI 관측망 활용 측면에서는 한반도의 지리적 특성을 고려하여 남북으로 구성되는 수직기 선보다 동서로 구성되는 수평 기선에 참여하여 지구 회전계수 가운데 UT1-UTC 추정 정밀도 향상에 기여할 수 있을 것으로 예상된다.
따라서 KVN이 구축되어 좀 더 조밀해진 동아시아 VLBI 관측망을 활용한 이 지 역의 지각 변위 및 해수하중 연구가 유망할 것으로 예상된다. 또한 KVN의 국제 VLBI 관측망 활용 측면에서는 한반도의 지리적 특성을 고려하여 남북으로 구성되는 수직기 선보다 동서로 구성되는 수평 기선에 참여하여 지구 회전계수 가운데 UT1-UTC 추정 정밀도 향상에 기여할 수 있을 것으로 예상된다. 이는 비슷한 위도상에 존재하는 독일과 하와이, 독일과 일본을 연결하여 매일 UT1 을 측정하는 IVS-INT1, IVS-INT2 세션과 유사한 형태 의 기 여 가 가능하다는 의미 이 다.
정량적 기여도를 판별할 수 있는 기준 비교 인자로는 참여관측소의 좌표와 EOP를 이용하였다. 마지막으로 모의실험 결과를 토대로 향후 KVN의 우주 측지학적 활용 유망분야를 예상하였다.
즉 모든 관측소의 측정 데이터가 비슷한 수준의 품질을 갖고 있는 경우에 실제 데이터를 처리한 결과라고 생각할 수 있다. 이러한 전제조건 하에서 미래에 KVN이 측지학적으로 어떤 기여를 할 수 있는지를 정량적으로 파악하는 것이 이 논문의 초점 이 었고, 이 연구를 통해 만들어진 KVN 모의실험 결과가 향후 KVN의 측지 활용 중점 분야 선정과 운용계획 등에 기초자료로 활용될 수 있기를 기대한다.
그러나 Global 관측망에 KVN이 추가됨으로써 최대 20% 수준의 측위 정밀도 향상을 기대할 수 있음을 알 수 있다. 특히 극운동 계수의 경우 KVN의 한 관측소만 이용하더라도 세 관측소 모두를 이용한 것과 비슷한 향상을 기대할 수 있을 것으로 기대된다. 일반적으로 관측 기선이 주로 남북으로 이루어진 수직기 선의 경우 극운동 산출에 효과적인 반면, 관측 기선이 주로 동서로 이루어진 수평기 선의 경우 UT1-UTC 산출에 효과적이라는 점을 고려할 때 KVN-Pacific을 기준으로 수직기선을 보강하기보다는 비슷한 위도의 유럽이나 북미 관측소를 보강함으로써 국제 VLBI 관측망에 KVN이 효과적으로 기여할 수 있을 것으로 예상된다.

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