본 연구에서는 현재 활발한 연구가 진행되고 있는 고정밀 지오이드 모델 개발에 있어서 중요한 요소 중 하나인 지상중력자료를 획득하기 위해 상대중력계를 이용하여 중력을 측정 하였다. 1등 수준노선 총 58점의 수준점에 대하여 상대중력측량을 실시하였고 이렇게 얻어진 중력값으로부터 지구조석보정 및 기계고 보정 후 자유망조정 방법을 이용하여 중력성과를 계산하였다. 이와 같은 방법을 통해 얻어지는 지상중력자료들은 고정밀 지오이드 모델 개발에 큰 기여를 할 것으로 판단된다.
2대의 중력계를 이용하여 우리나라의 88개 기상관서 내에 중력 보조점을 설치하고 GPS 측량을 실시하였다. 모든 중력 보조점의 중력치는 부산대학교 내의 중력기준점을 기준으로 측정하여, 향후 새로운 절대중력기점 값으로 쉽게 환산할 수 있도록 하였다. 이러한 중력기준망의 확장은 중력의 측정과 drift 보정 등에 의해 나타나는 오차를 최소화하여 중력 자료의 정밀도를 증대할 것이다. 또한 이 연구 결과는 상대중력계에 이해 계산된 중력 자료의 검증 및 상대중력계의 점검 등에 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.
중력측량은 지구중력장 결정, 지각의 수직운동, 지오이드면의 변화, 해수면변화, 기후변화 등 측지학적, 지구동력학적 연구의 기초이다. 국토지리정보원에서는 최근 들어 FG-5 절대중력계를 도입하여 절대중력 기준망의 구축을 위한 틀을 마련하였고 다차원 다기능 기준점인 통합기준점을 전국에 약 1,200점을 설치하여 상대중력측량을 실시함으로써 한국의 고정밀 지오이드모델의 개발에 큰 기여를 할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 상대중력측량의 기본적인 이론 및 방법을 상세하게 설명하였고, 최신 상대중력계 Scintrex CG-5를 이용하여 총 21점에 대한 상대중력측량을 수행하였으며, 자유망조정 및 무게제한 망조정 방법을 이용하여 중력성과를 계산 및 비교 분석하였다. 결과, 두 가지 방법 모두 높은 정밀도의 중력성과 계산이 가능하지만 자유망조정이 무게제한 망조정 방법에 비해 상대적인 우위를 보여주는 것으로 나타났다.
아인슈타인이 지난 1916년 발표한 일바상대론을 통해 처음으로 제시한 중력장의 실체를 찾는 작업이 프랑스와 이탈리아의 실험물리학자들에 의해 본격화됐다. 7월 23일 피사의 사탑으로 유명한 이탈리아 피사에서 수 킬로미터 떨어진 카시나 평원에서 두 나라의 물리학자들은 지난 1996년 착공해 최근 완성한 중력장 간섭계 VIGRO를 공개했다. 지금까지 누구도 시도하지 못했던 간섭계제작의 아이디어를 낸 지 10년만의 일이다. 프랑스와 이탈리아 정부가 공동으로 1억 5천만 유로를 들여 완성한 VIGRO는 앞으로 1년간의 시험가동 기간을 거친 뒤 본격적으로 우주에서 발생하는 중력장의 실체를 밝혀내게 된다.
마이크로퀘이사들은 고중력 천체와 보통의 별이 공전하며 서로의 물질도 이동하는 근접 쌍성계로서, 불규칙하고 간헐적으로 플레어와 그에 수반하는 상대론적인 속도로 분출되는 물질을 분출하는 현상, 즉 마이크로퀘이사 현상을 보인다. 두 천체사이의 거리는 수백만 킬로미터이고, 특히 물질을 분출하는 것으로 믿어지는 고중력 천체 주변의 크기는 수천 킬로미터 정도인데 반하여, 우리로 부터의 거리는 보통 10 킬로 kpc 이상이다. 따라서 마이크로퀘이사 현상의 영상을 얻으려면 초장기선 전파간섭계를 이용해야 한다. 우리는 일본의 초장기선 전파간섭계 VERA를 이용하여 VERA J2032+4057의 플레어 상태에서의 물질 분출 현상을 영상화 하였다. VERA J2032+4057의 플레어와 불질분출은 매우 복잡하여 여러 가지 모델들을 써서 영상을 해석해 보았다.
본 연구는 지표면 아래 존재할 수 있는 싱크홀 탐지를 위해 포텐셜 필드법 중 중력학적 방법을 적용하고, 그 가능성을 제시하는데 목적을 둔다. 싱크홀을 대신하여 지표면 아래 1.8 m 깊이에 수조($1.8{\times}0.8{\times}0.8m$)를 매설하였다. 매설된 위치를 중심으로 $12{\times}12m$ 구역에서 1 m 간격으로 Scintrex사의 CG-5 상대중력계(정밀도 0.001 mGal)를 이용하여 중력을 측정하였다. 싱크홀 모형에 대한 이론상 중력효과를 계산하기 위해 3차원 중력모델링을 수행하였다. 그 결과, 중력 측정에 의해 직접 산정된 싱크홀 모형에 대한 중력효과 0.036 mGal은 3차원 중력모델링에 의한 결과 0.024 mGal와 근소한 차이를 보였다. 이것은 본 연구를 위해 사용된 수조 크기와 비슷한 규모의 싱크홀은 상대중력측량에 의해 탐지될 수 있으며, 보다 조밀한 간격으로 중력탐사를 수행한다면 보다 작은 규모의 싱크홀 탐지에도 중력탐사가 충분히 적용 가능할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 국립해양조사원의 '해양2000호'를 통해 1996년과 1997년에 측정한 동해 지역의 중력자료에 대한 자료 처리를 하였다. 효과적인 자료처리를 위해 선상중력자료 처리에 필요한 각종 보정 절차와 문제점 등을 알아보았으며, 선상자료와 해면고도계자료의 비교 및 이를 통한 선상자료의 검증을 실시하였다. 선상중력자료는 측정과 처리 과정에 있어 여러 사항을 고려하여야 한다. 즉, 육상중력기점을 이용한 절대중력으로의 환산 문제, 선박 항해 위치의 부정확성에 기인하는 문제 및 중력계의 기계적 특성과 중력 측정이 이루어질 때의 해상 조건에 의한 영향 등으로 선상중력자료에 나타나는 여러 오차를 최소화하여야 한다. 선상중력자료로부터 각종 지구중력장 연구에 필요한 중력이상을 계산하기 위해 선상중력 측정시 기인되는 각종 요인의 오차를 고려한 효과적인 보정이 이루어져야 한다. 즉, 선상중력계의 기계변이 보정, 탐사선에 대한 위치 자료의 획득 및 필터링, 그리고 탐사선의 이동으로 인한 Eotvos 효과의 정확한 계산 및 보정이 필요하고, 선상중력계의 기계적 특성에 의해 나타나는 시간지연에 대한 보정도 필요하다. 또한 이러한 보정을 통해 계산한 중력 이상에서 각 교점의 오차를 보정하는 교정오차 보정도 실시하여야 한다. 특히, 탐사선의 이동으로 인한 지구자전 각속도의 상대적인 증감의 효과로 나타나는 Eotvos 효과의 영향은 선상중력자료의 정확도에 가장 큰 영향을 미친다. 이의 정확한 계산 및 보정을 위해서는 정확한 위치정보가 필요하며 본 연구에서는 이를 위해 GPS 항해정보에 대한 Kalman 필터를 실시하였고, Eotvos 효과에 대해 Savitzky-Golay 필터를 적용하여 최적의 Eotvos 보정을 시도하였다. 본 연구에서 계산된 동해지역의 중력이상에 대한 대력적인 범위는 경도 129° - 133°이고 위도 35° - 38.3° 부근이다. 이 지역에 대한 고도이상은 최소 -42.46 mGal에서 최고 161.13 mGal사이에 분포하며, 고도이상의 평균은 14.450 mGal이다. 또한 Bouguer 이상은 최소 -l5.09 mGal에서 최고 218.61 mGal이고 이의 평균은 82.681 mGal이다. 그리고 동해지역의 선상중력 측정지역에서 선상자료에 의한 중력이상과 Altimeter 자료에 의한 고도이상의 전반적인 윤곽은 비슷하면서도 일부 작은 이상의 차이가 나타났으며, 지형자료와 비교하여 보면 Altimeter에 의한 결과보다 선상측정에 의한 결과가 더욱 잘 일치하고 있어 본 연구에서 계산한 선상자료의 타당성을 알 수 있다. 고도이상의 차이는 최소 -25.94 mGal에서 최대 85.33 mGal의 차이를 보이며 차이의 평균은 3.517 mGal, RMS는 6.774 meal이다. 이는 비교적 큰 차이로 선상측정자료의 중요성과 필요성을 단적으로 나타내고 있다.
한반도지역에서 중력 기준점 설치, 기 설치된 중력 기준점의 중력 값들의 정밀도 향상 및 중력가속도 값을 얻기 위하여, 표준연구원(KRISS)은 한 중 공동으로 1996년 10월8일∼11월8일까지, 국립지리원(NGI)은 한$.$일공동으로 1999년 12월10∼16일까지 각각 대전과 수원에서 절대 중력계(Laser Interferometry Absolute Gravimeter type NIM-II와 FG5 Absolute Gravity meter(#203))를 사용하여 절대중력관측을 수행하였다. 표준연구원과 국립지리원이 관측한 절대 중력 값은 각각 979,829.609${\pm}$006 mGal(대전), 979,918.775${\pm}$0.0001 mGal(수원)이다. 앞으로 한반도에서 지구과학분야 활성화를 위해서 더 많은 절대중력 기준점의 확보가 필요하다고 사려된다.
본 연구에서는 국립해양조사원이 1999년 '해양2000호'로 측정한 서해 중부해역의 해상중력 자료와 해면고도계 위성자료, 미국 GSFC/DMA에서 제공하는 EGM96 중력모델자료를 이용하여 이 지역의 정밀지오이드 산정을 위한 구체적인 자료처리 방법을 제시하였으며, 아울러 해상중력자료와 해면고도계 위성중력자료를 비교하였다. 연구결과, EGM96 모델을 167차수로 계산한 광역 지오이드와 적분 반경 27km로 계산한 상대 지오이드를 합성하여 산정한 서해 중부해역의 정밀지오이드는 평균 18.339m이고 최저 13.564m에서 최고 22.785m 사이에서 변화하였다. 해상중력이상과 해면고도계 중력이상을 비교한 결과 해상중력이상의 정밀도가 더 높음을 알 수 있으며, 차이의 평균은 -0.56mGal, RMSE는 4.195mGal로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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