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태양이 비치는 지면에 막대기를 세우고, 그 그림자의 이동에 의해서 시각을 알아보는 방법은 [[해시계]]로서 옛날에 사용된 시계의 하나이다. 이 시계를 사용할 경우, 태양이 정남 쪽에 와서 막대 그림자의 길이가 가장 짧아진 때로부터 다음날 그와 같은 그림자로 될 때까지의 사이를 구분하여 하루를 정한다. 이것이 진태양일이라고 불리는 것이다. 그러나 이 진태양일의 길이는 1년 동안에 주기적으로 변화한다. 그 원인은 [[황도]]와 [[적도]]와의 사이에 23.5도의 경사가 있고, 또 지구의 공전이 원궤도를 이루는 것이 아니라 타원궤도이기 때문이다. 이와 같이 하루의 길이가 계절에 따라 다르게 되면 불편하므로 이 불균일을 1년에 걸쳐 평균해서 평균태양일이라는 것을 정했다. 이 평균태양일을 기준으로 하여 정한 시각이 오늘날 우리들이 쓰고 있는 시각이다. 진태양일에 기준해서 정한 시각과 평균태양일에 기준해서 정한 시각과를 비교하면, 1년을 통하여 계절에 의한 차이가 생긴다. 예컨대 2월 10일경에는 평균태양시가 진태양시의 정오보다 약 14분 늦다.
 
이제 시간의 단위로서의 [[초|초 (시간)|초]]는 하루, 즉 24시간이 정해지면 그 86,400분의 1로써 결정된다. 그렇기 때문에 1958년까지는 초란 평균태양일의 86,400분의 1이라고 정의되어 왔다. 그런데 정밀한 연구가 진행된 결과, 하루의 길이가 아주 조금씩이기는 하지만 해마다 차츰 길어지고 있다는 사실이 밝혀졌다. 예를 들면 1956년 초부터 1957년까지의 2년 동안에 하루의 길이는 1만분의 8초 길어졌다는 사실이 알려졌다. 여기에서 보다 안정된 정의가 요구되어, '초란 1899년 12월 31일 오후 9시에서의 1태양년의 31,556,925.9747분의 1'이라고 개정되었다.
{{본문|초 (시간)}}
[[절대 영도]]에서 [[세슘]]-133 원자의 [[바닥 상태]] (6S1/2) 에 있는 두 개의 초미세 에너지준위 (F=4, F=3)의 주파수 차이를 9,192,631,770 Hz로 정의하고 그 역수를 통해 초를 정의하고 있다.<ref> 시간주파수 연구실 / [http://www.kriss.re.kr/time/lab/equipment01.jsp `원자시계' 한국 표준과학연구원]</ref> 즉, 세슘 133이라는 원자에 어떤 특정 주파수를 가진 전파를 쬐면 세슘 원자가 바닥상태에서 들뜬 상태로 변하게 되하게 되는데 이 특정 전파의 진동수를 세고 그 진동수가 9,192,631,770가 되면 1초로 정의하는 것이다. 영국의 물리학자 루이 에센(1908~1997)이 1955년에 처음 이론을 냈다.