시간 체계
1. 개요
시간을 표시하는 여러 가지 방법을 나타낸 것이다. 크게 시각 표기 체계와 날짜 표기 체계으로 나뉘며, 전자는 다시 세계를 대표하는 시각, 지역에 따라 달라지는 시각으로 분류할 수 있다.
2. 시각 표기 체계
2.1. 지구의 운동을 반영한 시각
2.1.1. 만국 표준시(UT)
Universal Time의 약자.
지구의 운동을 기준으로 나타낸 대표적인 시간 체계. 여기서 UT0, UT1, UT2 등으로 다시 분류한다.
2.1.1.1. UT0
UT0는 천체의 일주운동을 관측하면서 나타나는 태양시이다. 관측의 기준은 지표면 기준으로 고정된 지점(즉 우주에서 봤을 때 지구를 따라 움직이는 지점)을 기준으로 좌표를 세운다. 관측 대상으로 인공위성을 기준으로 삼을 수도 있다. 아무런 보정을 하지 않은 값이며, 요즘은 쓰지 않는다.
2.1.1.2. UT1
UT1이 가장 일반적으로 사용되는 기준 시각이며, 본초 자오선에서의 평균태양시이다. UT0 값에서 자전축 자체의 운동(polar motion)을 고려하여 보정한 값이다. 보통 ‘만국 표준시’라 하면 UT1을 가리킨다.
실제로 지구는 질량 분포가 고르지 않기 때문에, 엄밀히 말해서 구형도 아니고 자전축을 기준으로 대칭인 타원체도 아니다. 이 때 지구의 자전축과 각운동량 벡터가 살짝 엇갈리게 된다. 지구 자체의 각운동량은 보존되지만 자전축은 이 각운동량 벡터를 중심으로 흔들리게 된다. 뿐만 아니라 지구 핵이나 맨틀의 운동, 지진이나 빙하 융해와 같은 지각변동으로 질량분포가 아주 미묘하게 달라지게 되어 흔들리는 폭 역시 주기적으로 변한다.
2.1.1.3. UT2
UT2는 UT1에서 주기적인 변동을 빼낸 시각이다. 이는 식으로 정의되어 있다. UT0과 마찬가지로 지금은 거의 쓰지 않는다.
$$ UT2 - UT1 = +0.022 \sin(2\pi t) -0.017 \cos(2\pi t) -0.007 \sin(4\pi t) +0.006 \cos(4\pi t) $$, 단위는 초.
‘t’(0~1 사이의 값)는 평균태양의 황경이 280도에 도달한 시점(1월 1일)을 기준으로 경과한 시간을 태양년으로 나눈 값이다.[1]
2.1.2. 그리니치 평균시(GMT)
Greenwich Mean Time의 약자.
기본적으로 정의 자체는 만국 표준시와 차이가 없다. 다만 세분화된 개념을 정하고 용어상의 혼동을 줄이기 위해 요즘은 그리니치 평균시 대신 만국 표준시로 대체하는 경향이 있다. 그리니치 천문대를 기준으로 나타내었다고 하여 붙은 이름이고, 이와 함께 ‘경도’의 개념이 등장하였다.
자오선에서 관측되는 평균태양시이기에 ‘평균시’라는 명칭이 붙었다.
2.1.3. 협정 세계시(UTC)
현재 전 세계 표준시의 기준점을 나타낸다.
영어로 Coordinated Universal Time, 프랑스어로 temps universel coordonné인데 약자를 정하는 데 있어 서로 양보를 하지 않다가 어중간한 종지부로 UTC를 정하였다.
지구의 운동을 직접 반영하지는 않고, 원자시계에 기반을 두지만 윤초를 더하거나 빼서 실제 지구의 운동과 1초 이내의 오차로 보정한다.
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출처
위 그림은 국제 원자시와 만국 표준시, 그리고 협정 세계시의 차이를 나타낸 것이다. 그래프가 아래로 내려간다는 것은 국제 원자시에 비하여 만국 표준시가 상대적으로 느리게 흐름을 의미한다. 지구의 자전이 24시간보다 살짝 느린 것이다. 이럴 때 흰색 꺾은선과 같이 적절한 시기에 1초를 집어넣어서 오차를 보정한다. 반대로 지구의 자전이 24시간보다 빠를 경우 1초를 뺀다. 최근 윤초는 UTC로 2016년 12월 31일 23:59:59에 있었다. 한국 기준으로 2017년 1월 1일 08:59:59이다.
2.2. 과학에서 사용하는 시각
2.2.1. 국제 원자시(TAI)
International Atomic Time의 약자. 머리글자 순서는 프랑스어의 Temps Atomique International에서 왔다.
세슘-133을 기반으로 한 원자시계이다. SI단위계의 1초와 이 시계의 1초가 정확히 일치한다.
참고로 1958년 1월 1일에는 만국 표준시와 국제원자시의 차이가 거의 0에 가까웠고, 점차 이 시점에서 차이가 벌어지고 있다. 협정 세계시와 ‘1초의 정수 배’만큼 차이가 난다.
2.2.2. 지구시(TT)
Terrestrial Time으로, 천체 관측에서 많이 사용하는 시각이다. 현재는 높은 정밀도를 위해 국제 원자시와 같은 속도로 시간이 흐르게 약속을 한다. 즉 국제 원자시와 차이가 고정되어 있는데, 그 값은 대략 32.184초이다. 천문 현상을 다루는 데 있어서 지구의 운동과 독립적으로 다루어질 필요가 있으며, 만국 표준시로 변환할 때 연도별 차이에 따라 보정한다.
이전에는 ET(ephemeris time)이나 TDT(terrestrial dynamical time) 등으로 썼다.
원래 천체를 관측하는 데 있어 지구의 운동과 독립적인 시각 체계를 쓰기 위해 1952년 역표시(ET)가 도입되었다. 지구의 자전이 완전히 일정하지 않아서 하루의 길이의 86400초로 하는 대신 서기 1900년의 회귀년 길이의 3155만 6925.975분의 1을 역표시의 1초로 고정시켜서 별도의 시계를 도입하였다. 그러다가 나중에는 상대론적 효과를 고려하면서 원자시계를 기반으로 바꾸었고, 1984년 지구역학시(TDT)로 대체하다가 지금의 지구시(TT)로 정착하였다. 이 과정에서 TT와 TAI의 차이 32.184초가 유래되였고, 이 차이는 계속 유지하고 있다.
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2.2.2.1. 관련 문서
2.2.3. 지심좌표시(TCG)
Geocentric Coordinate Time. 지구 중심을 기준으로 하되 지구 중력장에 의한 시간 지연을 배제한 시계이다. 지구의 공전으로 인한 시간 지연은 고려한다.
2.2.4. 질량중심좌표시(TCB)
Barycentric Coordinate Time. 태양계 질량중심을 기준으로 하되 태양계의 중력장 효과를 배제한 시계이다.
위 시간 지연 문서에서 서술되어 있듯이 상기한 시계들은 시간의 흐름이 각각 미세하게 다르다.
2.3. 지역에 따라 달라지는 시각
본초 자오선이 아닌 특정 지점에서 관측할 때의 시각이다. 동쪽으로 갈수록 경도 1도마다 4분씩 빨라진다.
2.3.1. 시태양시
시태양시(Apparent Solar Time)는 지구에서 관측되는 태양의 위치를 기준으로 나타낸 시각이다. 관측되는 태양이 남중하는 때를 정오로 삼고, 일주운동 각에 따라 시각을 도출한다. 앙부일구와 같은 해시계가 나타내는 시각이 바로 이 시태양시이다.
지구가 타원 궤도를 돌고, 또 지구의 자전축과 공전축이 평행하지 않기 때문에 실제 시태양시에서 나타나는 하루의 길이는 일정하지 않다. 이 문제를 해결하기 위해 평균태양시가 도입되었다.
2.3.2. 진태양시
진태양시(True Solar Time)는 지구에서 관측되는 태양이 아닌 실제 태양의 위치를 기준으로 삼는다. 나머지 시간 도출 방식은 동일하다.
1억 5천만 킬로미터 떨어진 태양에서 지구로 도달하는데 대략 500초[4]가 걸리므로, 지구에서 겉으로 보이는 태양은 실제 태양보다 500초 '''전'''의 위치로 관측된다. 500초 뒤처져 있다는 것은 겉보기 태양이 실제 태양에 비해 서쪽으로 0.0057도[5] 치우쳐 있음을 의미한다. 결국 일주운동을 관측할 때 겉으로 보이는 태양이 실제 태양보다 1.37초 정도 빨리 남중하여, 시태양시가 진태양시보다 1.37초 정도 앞선다. 지구는 타원궤도를 돌고 있기 때문에 이 차이는 1.35초~1.39초 정도 범위로 나타난다.
2.3.3. 평균태양시
평균태양시는 UT1과 같이 지구의 운동을 기준으로 나타나지만 여기서는 ‘특정 지역’이라는 차이가 있다. UT1과의 차이는 바로 ‘경도’에 달려있다. 즉 동경 127.0도인 서울에서 나타나는 평균태양시는 본초자오선보다 8시간 28분 빠르며, 동경 139.7도인 도쿄에서는 9시간 19분 빠르다.
시태양시와 평균태양시의 차이를 균시차라 한다. 균시차의 영향으로 일정한 지역에서의 남중시각은 1년 주기로 수시로 변한다.
2.3.4. 표준시(지방시)
우리가 시계에서 보는 바로 '''그 시간'''
Local Time으로(한자로는 地方時), 각 지역이나 국가가 설정하는 시각이다. 여기서 ‘표준 자오선’이라는 개념이 나오는데, 해당 표준시와 대응하는 경도의 자오선을 의미한다. 표준 자오선 위치에서의 평균태양시가 그 시간대의 지방시가 된다. 우리나라와 일본은 동경[6] 135도를 표준자오선으로 삼고 있으며 이 표준 자오선의 평균태양시는 UT1+9이다. 현대에는 UT가 아닌 UTC를 기준으로 하므로 표준시는 UTC+9이다. 이는 다른 국가에도 동일한 맥락으로 적용한다.
지역별 표준시 일람은 시간대 항목 참조.
2.3.5. 항성시
Sidereal Time
태양의 위치가 아닌 춘분점의 위치를 기준으로 잰 시간. 춘분점이 남중할 때를 0시로 잡는다. 춘분점은 적도좌표계의 기준점이기 때문에 천문학에서 천체의 위치를 잡을 때 요긴하게 쓰인다. 평균태양이 천구상에서 하루에 약 1도를 움직이므로 평균태양시는 매일 항성시보다 약 4분씩 늦게 되며 1년이 지나면 하루의 차이가 발생하게 된다.
지구의 세차운동 때문에 춘분점이 이동하고 있기 때문에 현재 춘분점을 기준으로 천체의 위치를 잡을 경우 오차가 발생하게 된다. 이 때문에 서기 2000년의 춘분점의 위치를 기준으로 천체의 위치를 기록한다.
2.4. 참고
Time Scales, 연도별 TT, UT 차이 수록
IERS
관련 파워포인트 파일 링크
3. 날짜 표기 체계
날짜표기는 곧 역법과 관련이 있다.
3.1. 연월일 표기 순서
날짜를 이루는 연, 월, 일 등을 표기하는 순서에 대한 체계이다. 언어의 어순과 마찬가지로 국가마다 다른 순서를 쓰기 때문에 종종 착오가 생긴다.
3.1.1. 연-월-일
큰 단위 우선으로 하는 체계이다. 세계 표준[7]으로 지정되었고, 어지간한 프로그래밍 언어에서는 이 형식을 쓴다.
조선왕조실록 등의 편년체 사서에서 이런 방식으로 날짜를 표기했다.[8]다만 쓰는 기년법이 서기가 아니라는 차이점이 있다.
연월일을 4자리 2자리 2자리에 맞추어 8자리 숫자로 표기하여 저장하면[9], 이를 숫자로 처리하든 문자열로 처리하든, 그 정렬결과가 항상 옳다는 장점이 있다.
표기기준이 매우 일관적이다. 특히 시간을 병기할 때 그런데, '연-월-일 시-분'으로, 큰 단위에서 작은 단위순으로 일관되다. 유럽식에서는 '일-월-연 시-분'으로 작은 데서 커지다가, 갑자기 작은 단위인 '시'가 나오므로 일관성이 결여된다. 물론 유럽식도 미국식보다는 일관되지만.
3.1.2. 월-일-연
미국에서 사용하는 체계이다. 연이 맨 뒤로 가는데, PHP에서 mktime 함수가 이런 꼴이다.[10] 미크로네시아 연방, 벨리즈에서도 이 방법으로 시간을 표기하며, 미국의 식민지였던 필리핀에서도 이 방법을 꽤 많이 사용한다. 실질적으로 미국 혼자만 사용하는 방법이나 마찬가지.
가장 기준이 없는 방법이란 평가를 받는다. 일관성 있게 큰 단위에서 작은 단위로 가는 것도, 작은 단위에서 큰 단위로 가는 것도 아니기 때문.
3.1.3. 일-월-연
위의 연-월-일과 정반대의 순서이다.
유럽 국가들의 대부분, 미국의 일부 지역, 미군 등에서 사용하는 방식이다.
3.2. JD
Julian Day. 날짜를 '''하나의 번호'''로써 표기하는 방식이 있다. 하루 지날 때마다 1씩 더해지며, UT로 정오(한국시간 21시)일 때 정수 값이 된다. 예시로 2016년 1월 1일 KST 21:00일 때 JD 값은 245만7389.00이다. 이렇게 값이 매우 큰 이유는 역사에서 JD 값을 표기할 때 기원전의 날짜도 0보다 큰 값으로 잡았기 때문이다.[11]
유닉스 시간의 시작점인 1970년 1월 1일 UTC 00:00은 JD값으로 244만0587.50이다. 따라서 유닉스 시간과 JD의 관계식은 아래와 같다.
(Unix time) = (JD-2440587.5) × 86400.
Microsoft Excel이 내부적으로 이 형식으로 날짜를 저장하는데, 서버 등에서 엑셀 데이터를 직접 불러와 연동하는 작업 과정에서 멘탈붕괴를 안겨 주는 원흉. 그러나 이것 때문에 이 표기가 잘못되었다 할 수는 없다. 믿기 어려울 수도 있겠지만 만약 이런 번호 방식의 날짜체계를 처음부터 도입했다면 날짜 계산은 몇백 배는 더 쉬웠을 것이다.
[1] 이렇게 황경 280도를 기준으로 한 태양년을 베셀년(Besselian year)이라 한다.[2] 이 차이는 윤초의 시격에 따라 매번 달라질 수 있다. 매년 0.3초 지연은 2005년부터 현재까지 3~3.5년에 한 번씩 윤초가 들어갔다는 점에서 유추하였다.[3] 윤초가 들어가면 1초 뒤처지고, 들어가지 않으면 완벽히 원자시계와 똑같이 흐른다.[4] 1억 5천만 km에서 초당 30만 km로 나누면 된다.[5] 서쪽인 이유는 연주운동이 서에서 동 방향이기 때문.[6] 이 "동경"은 일본의 수도 동경과는 아무 상관이 없다. 한자로 쓰면 각각 東經, 東京으로 다르다.[7] ISO 8601[8] 조선왕조실록에서는 맨 처음에 연호 XX년을 쓰고 그 다음에 X월 그 다음에 날짜들을 60갑자로 적었다.[9] 예를 들어 2015년 1월 2일은 20150102 로 적는다.[10] 이 함수는 유닉스 시간을 출력하는 함수인데, 입력값이 표준 방식인 연-월-일-시-분-초 순서가 아니라 시-분-초-월-일-연 순서다(...).[11] 기준이 되는 시점은 기원전 4713년 1월 1일 월요일 UTC 12:00이다.