How a miniaturized atomic clock could revolutionize space exploration | Jill Seubert

Transcriber: Joseph Geni Reviewer: Camille Martínez

번역: Gyurin Lee 검토: DK Kim

Six months ago,

6개월 전,

I watched with bated breath

저는 숨을 죽이고

as NASA's InSight lander descended towards the surface of Mars.

NASA 인사이트 착륙선이 화성에 착륙하는 것을 지켜봤습니다.

Two hundred meters,

200m,

80 meters,

80m,

60, 40, 20, 17 meters.

60, 40, 20, 17m.

Receiving confirmation of successful touchdown

성공적인 착륙을 확인했을 때가

was one of the most ecstatic moments of my life.

제 삶에 있어서 가장 황홀했던 순간 중 하나였습니다.

And hearing that news was possible because of two small cube sets

그 소식을 들을 수 있었던 것은 작은 큐브 세트 두 개 덕분이었습니다.

that went along to Mars with InSight.

인사이트와 같이 화성으로 보낸 것이죠.

Those two cube sets essentially livestreamed InSight's telemetry

그 두 개의 큐브들은 인사이트의 원격 측정치를 거의 실시간으로

back to Earth,

지구로 중계해줬습니다.

so that we could watch in near-real time

그래서 거의 실시간으로 인사이트 착륙선이

as that InSight lander went screaming towards the surface of the red planet,

날카로운 소리와 함께 행성 표면으로 내려가는 장면을 볼 수 있었습니다.

hitting the atmosphere of Mars

화성의 대기와 부딪칠 때

at a top speed of about 12,000 miles per hour.

최고 속력은 시속 1만9천km였죠.

Now, that event was livestreamed to us

그 광경은 생중계되었습니다.

from over 90 million miles away.

1억 5천만km 이상 먼 곳에서요.

It was livestreamed from Mars.

화성으로부터 생중계되었습니다.

Meanwhile,

한편,

the two Voyager spacecraft --

두 개의 보이저 우주선들은

now, these are these two almost unbelievably intrepid explorers.

이제는 거의 믿을 수 없을 만큼 용감한 탐험가들로 여겨집니다.

They were launched

그들이 발사된 해는

the same year that all of us here were being introduced to Han Solo

스타워즈 영화에 한 솔로가 처음 등장한 바로 그해입니다.

for the first time.

And they are still sending back data from interstellar space

그들은 성간 공간으로부터 여전히 정보를 보내오고 있습니다.

over 40 years later.

40년이 넘는 시간 동안 말이죠.

We are sending more spacecraft further into deep space

우리는 그 어느 때보다 더 많은 우주선을 심우주로 보냅니다.

than ever before.

But every one of those spacecraft out there

하지만 우주에 보낸 모든 우주선들의

depends on its navigation being performed

항로는 여기서 정합니다.

right here at Earth

바로 여기 지구에서요.

to tell it where it is and, far more importantly,

운항은 우주선의 위치와, 더 중요하게도,

where it is going.

방향을 말해줍니다.

And we have to do that navigation here on Earth for one simple reason:

여기 지구에서 운항을 해야 하는 이유는 단순합니다.

spacecraft are really bad at telling the time.

우주선이 시간을 전혀 모르기 때문이죠.

But if we can change that,

하지만 우리가 그걸 바꿀 수 있다면

we can revolutionize the way we explore deep space.

심우주 탐사 방식에 엄청난 혁신을 불러일으킬 수 있습니다.

Now, I am a deep space navigator,

저는 심우주 조종사입니다.

and I know you're probably thinking, "What is that job?"

대체 그게 뭐냐고 생각하시겠죠.

Well, it is an extremely unique and also very fun job.

심우주 조종사는 매우 독특하고 동시에 매우 재미있는 직업입니다.

I steer spacecraft,

제가 우주선을 조종하는 겁니다.

from the moment they separate from their launch vehicle

발사용 로켓에서 분리된 그 순간부터

to when they reach their destination in space.

우주에 있는 목적지에 도착할 때까지 말입니다.

And these destinations -- say Mars for example, or Jupiter --

목적지를 화성 혹은 목성이라고 가정하겠습니다.

they are really far away.

그들은 아주 멀리 떨어져 있습니다.

To put my job in context for you:

제 직업을 이해하기 쉽게 비유해 보면

it's like me standing here in Los Angeles and shooting an arrow,

마치 로스엔젤레스에서 제가 활을 쏘는데

그 화살로 25센트 동전만한 과녁을 맞추는 것과 같습니다.

and with that arrow, I hit a target that's the size of a quarter,

and that target the size of a quarter is sitting in Times Square, New York.

그 동전은 뉴욕에 놓여있고요.

Now, I have the opportunity to adjust the course of my spacecraft

우주선의 진로를 조정할 기회는

a few times along that trajectory,

궤도를 따라서 몇 번 있습니다.

but in order to do that, I need to know where it is.

하지만 그러기 위해선, 먼저 위치를 알아야 합니다.

And tracking a spacecraft as it travels through deep space

심우주를 여행할 동안 우주선을 추적하는 것은

is fundamentally a problem of measuring time.

기본적으로 시간 측정의 문제입니다.

You see, I can't just pull out my ruler and measure how far away my spacecraft is.

단순하게 자를 꺼내서 우주선이 얼마나 떨어져있는지 잴 수는 없죠.

그렇지만 측정 방법이 있습니다.

But I can measure

how long it takes a signal to get there and back again.

신호를 보내고 다시 돌아오는 데 걸리는 시간을 통해 말이죠.

And the concept is exactly the same as an echo.

이 개념은 메아리와 같습니다.

If I stand in front of a mountain and I shout,

만약 산 앞에 서서 소리를 지른다면

the longer it takes for me to hear my echo back at me,

메아리를 다시 들을 때까지 걸리는 시간이 길면 길수록

산이 더 멀리 떨어져있음을 알 수 있습니다.

the further away that mountain is.

So we measure that signal time very, very accurately,

우리는 그 신호 시간을 아주 아주 정확하게 측정합니다.

because getting it wrong by just a tiny fraction of a second

왜냐하면 몇 분의 1초라는 짧은 시간이라도 틀린다면

might mean the difference between your spacecraft safely and gently landing

이 둘 사이의 차이가 생기는 걸 의미할지도 모릅니다.

우주선이 다른 행성의 표면에 안전하고 부드럽게 착륙하는 것과

on the surface of another planet

or creating yet another crater on that surface.

표면에 또 하나의 분화구를 만드는 것.

Just a tiny fraction of a second,

아주 짧은 순간의 차이가

and it can be the difference between a mission's life or death.

임무의 성공과 실패의 차이가 될 수도 있습니다.

So we measure that signal time very, very accurately here on Earth,

그래서 지구에서 그 신호 시간을 아주 정확하게 측정합니다.

down to better than one-billionth of a second.

10억분의 1초까지 말이에요.

But it has to be measured here on Earth.

그렇지만 지구에서 측정해야 합니다.

There's this great imbalance of scale when it comes to deep space exploration.

그게 심우주 탐사와 관련한 심각한 불균형입니다.

Historically, we have been able to send smallish things extremely far away,

역사적으로, 작은 물건을 아주 멀리 보내는 것이 가능해졌습니다.

thanks to very large things here on our home planet.

지구에 있는 아주 큰 물체 덕분이죠.

As an example, this is the size of a satellite dish

예를 들자면, 위성 안테나는 이렇게 큽니다.

that we use to talk to these spacecraft in deep space.

심우주에 있는 우주선들과 연락할 때 사용합니다.

항해를 위해 사용하는 원자 시계 또한 큽니다.

And the atomic clocks that we use for navigation are also large.

The clocks and all of their supporting hardware

원자 시계와 이 모든 보조 장비들은

can be up to the size of a refrigerator.

냉장고만큼 클 수 있습니다.

Now, if we even want to talk about sending that capability into deep space,

이 시계를 심우주로 보내는 데 대해 말이라도 하고 싶다면

that refrigerator needs to shrink down

그 냉장고는 작아질 필요가 있습니다.

into something that can fit inside the produce drawer.

과일칸에 들어갈 만큼 말입니다.

So why does this matter?

그렇다면 왜 이게 문제가 될까요?

Well, let's revisit one of our intrepid explorers, Voyager 1.

우리의 용감한 탐험가인 보이저 1호를 다시 봅시다.

보이저 1호는 현재 210억km 이상 멀리 있습니다.

Voyager 1 is just over 13 billion miles away right now.

As you know, it took over 40 years to get there,

알다시피 40년도 넘게 걸렸죠.

and it takes a signal traveling at the speed of light over 40 hours

빛의 속도로 40시간이 넘게 걸립니다.

신호가 그곳에 도달했다가 다시 돌아오는 데요.

to get there and back again.

그런데 우주선에는 문제가 있습니다.

And here's the thing about these spacecraft:

they move really fast.

그들은 아주 빠르게 움직입니다.

And Voyager 1 doesn't stop and wait for us to send directions from Earth.

보이저 1호는 지구에서 방향 지시를 보내는 동안 멈춰있지 않습니다.

Voyager 1 keeps moving.

보이저 1호는 계속 움직입니다.

In that 40 hours that we are waiting

우리가 기다리는 그 40시간,

지구에서 메아리 신호를 듣기까지 걸리는 그 시간 동안,

to hear that echo signal here on the Earth,

Voyager 1 has moved on by about 1.5 million miles.

보이저 1호는 계속해서 약 240만km를 더 움직입니다.

It's 1.5 million miles further into largely uncharted territory.

우리가 알지 못하는 곳으로 240만km를 더 간 것입니다.

So it would be great

그러니 우주선에서 직접 신호 시간을

if we could measure that signal time directly at the spacecraft.

측정할 수 있다면 좋을 것입니다.

But the miniaturization of atomic clock technology is ...

그러나 원자 시계를 축소하는 기술은 어렵습니다.

well, it's difficult.

Not only does the clock technology and all the supporting hardware

시계와 모든 보조 장비들이

need to shrink down,

줄어들어야만 할 뿐 아니라

but you also need to make it work.

제대로 작동도 해야 합니다.

Space is an exceptionally harsh environment,

우주는 이례적으로 혹독한 환경입니다.

and if one piece breaks on this instrument,

기기에서 한 부분이 고장나더라도

it's not like we can just send a technician out to replace the piece

그저 기술자를 보내 부품을 갈아 끼우고

and continue on our way.

계속 해나갈 수 있는 것이 아닙니다.

The journeys that these spacecraft take can last months, years,

우주선의 여정은 몇 달, 몇 년,

even decades.

심지어는 몇십 년간 지속됩니다.

And designing and building a precision instrument that can support that

우주선을 유지하는 정밀한 기기를 설계하고 만드는 것은

is as much an art as it is a science and an engineering.

과학이나 기술이면서 동시에 예술입니다.

좋은 소식도 있는데 어느 정도 엄청난 진전을 이루고 있다는 점입니다.

But there is good news: we are making some amazing progress,

and we're about to take our very first baby steps

우리는 막 첫걸음을 딛기 시작했습니다.

into a new age of atomic space clocks.

바로 우주 원자 시계 시대로 말입니다.

Soon we will be launching

우리는 곧 우주에 적합하며 이온을 사용한 원자 시계를 만들 것입니다.

an ion-based atomic clock that is space-suitable.

And this clock has the potential to completely flip the way we navigate.

이 시계는 우리의 항해 방식을 완전히 바꿀 만한 잠재력이 있습니다.

This clock is so stable,

이 시계는 아주 안정적이고

it measures time so well,

시간을 아주 잘 측정해서

that if I put it right here and I turned it on,

제가 전원을 켜서 여기에 두고

and I walked away,

나갔다가

I would have to come back nine million years later

900만 년 후에 다시 와서

for that clock's measurement to be off by one second.

측정해보면 그 시계의 오차는 단지 1초일 것입니다.

So what can we do with a clock like this?

이런 시계로 뭘 할 수 있을까요?

Well, instead of doing all of the spacecraft navigation

모든 우주선 항해를 지구에서 조정하는 게 아니라

here on the Earth,

what if we let the spacecraft navigate themselves?

우주선이 스스로 항해하게 하면 어떨까요?

Onboard autonomous navigation, or a self-driving spacecraft, if you will,

우주선에 설치된 자율 항해 시스템,

또는 스스로 날아가는 우주선은

is one of the top technologies needed

가장 정교한 기술들 중 하나입니다.

if we are going to survive in deep space.

심우주에서 살아남기 위해 필요한 기술이죠.

When we inevitably send humans to Mars or even further,

불가피하게 인간을 화성, 혹은 더 멀리 보낼 때,

we need to be navigating that ship in real time,

그 우주선은 실시간으로 조종해야만 합니다.

not waiting for directions to come from Earth.

지구에서 오는 지시를 기다리는 것이 아니고요.

And measuring that time wrong by just a tiny fraction of a second

그 순간의 측정 오차가

can mean the difference between a mission's life or death,

성공과 실패를 좌우할 수 있습니다.

which is bad enough for a robotic mission,

로봇이 수행하는 임무라 해도 아주 좋지 않죠.

but just think about the consequences if there was a human crew on board.

만약 우주 비행사들이 타고 있었다면 결과가 어땠을지 생각해보세요.

But let's assume that we can get our astronauts

우리가 우주 비행사들을 안전하게

safely to the surface of their destination.

목적지까지 보낼 수 있다 가정해봅시다.

Once they're there, I imagine they'd like a way to find their way around.

우주비행사들이 일단 도착하면 주변을 알고 싶어하겠죠.

Well, with this clock technology,

이러한 시계 기술과 함께라면,

we can now build GPS-like navigation systems

GPS 같은 길찾기 시스템을 만들 수 있습니다.

at other planets and moons.

다른 행성과 위성에서 말이죠.

Imagine having GPS on the Moon or Mars.

달이나 화성에서 GPS를 갖고 있다고 생각해봐요.

Can you see an astronaut standing on the surface of Mars

우주 비행사가 화성 표면에 있는데

with Olympus Mons rising in the background,

그 뒤엔 올림푸스 산이 우뚝 솟아있고

and she's looking down at her Google Maps Mars Edition

구글 맵 화성판을 내려다 보면서

to see where she is

위치를 확인하고

and to chart a course to get where she needs to go?

목적지까지 경로를 짜는 모습이 그려지나요?

잠시 제가 상상을 해 보겠습니다.

Allow me to dream for a moment,

and let's talk about something far, far in the future,

아주 먼 미래에 대해 이야기 해보려고 합니다.

when we are sending humans to places much further away than Mars,

화성보다 훨씬 더 먼 곳에 사람을 보낸다고 해 봅시다.

places where waiting for a signal from the Earth in order to navigate

어디로 가야할지 알려주는 신호가 지구에서 오는 걸 기다리는 것이

is just not realistic.

비현실적인 곳입니다.

Imagine in this scenario that we can have a constellation,

여기서 우리가 별자리를 이용한다고 생각해보세요.

a network of communication satellites scattered throughout deep space

심우주 여기저기 흩어진 통신위성 망이

broadcasting navigation signals,

항해 신호를 송출하고

and any spacecraft picking up that signal

그 신호를 들은 어떠한 우주선이라도

can travel from destination to destination to destination

목적지들을 향해 여행할 수 있습니다.

with no direct tie to the Earth at all.

지구와의 직접적인 연결이 전혀 없는 상황에서도요.

The ability to accurately measure time in deep space

심우주에서 정확하게 시간을 정할 수 있는 능력은

can forever change the way we navigate.

우리가 항해하는 방식을 영원히 바꿀 것입니다.

But it also has the potential to give us some pretty cool science.

그리고 우리에게 잠재적으로 멋진 과학을 전달해줄 수 있습니다.

You see, that same signal that we use for navigation

항해를 위해 쓰는 바로 그 신호가

tells us something about where it came from

자신이 어디에서 왔는지

and the journey that it took as it traveled from antenna to antenna.

안테나에서 안테나로 이동한 그 여행이 어땠는지 말해줍니다.

And that journey, that gives us data, data to build better models,

그 여행은 더 나은 모델을 만들 수 있는 자료를 줍니다.

태양계 도처에서 행성 대기의 더 나은 모형을 만들 수 있습니다.

better models of planetary atmospheres throughout our solar system.

We can detect subsurface oceans on far-off icy moons,

아득한 얼음 달에 있는 바다 밑바닥을 볼 수 있고

maybe even detect tiny ripples in space due to relativistic gravity.

어쩌면 상대론적 중력의 작은 잔물결을 감지할 수 있을지도 모릅니다.

Onboard autonomous navigation means we can support more spacecraft,

우주선 탑재 자율 항해로 더 많은 우주선을 운영할 수 있고

more sensors to explore the universe,

더 많은 감지기로 우주를 탐험할 수 있습니다.

and it also frees up navigators -- people like me --

또한 저 같은 항해사들을 자유롭게 해서

to work on finding the answers to other questions.

다른 문제의 답을 찾도록 할 수 있습니다.

And we still have a lot of questions to answer.

우리에겐 풀어야 할 질문이 아직 많이 남아있습니다.

We know such precious little about this universe around us.

우리는 우리 우주에 대해서 아주 조금만 알 뿐입니다.

In recent years, we have discovered nearly 3,000 planetary systems

최근에 우리는 행성계를 거의 3,000개 발견했습니다.

outside of our own solar system,

우리 태양계 밖에서 말이에요.

and those systems are home to almost 4,000 exoplanets.

이들에는 태양계 밖 행성들이 약 4천 개 있습니다.

To put that number in context for you:

여러분들의 이해를 도와드리자면,

when I was learning about planets for the first time as a child,

제가 어린 시절 행성에 대해 처음 배울 때에는

there were nine,

9개의 행성이 있었습니다.

or eight if you didn't count Pluto.

명왕성을 제외한다면 8개네요.

But now there are 4,000.

하지만 지금은 4천 개입니다.

It is estimated that dark matter

추정에 의하면 암흑 물질이

makes up about 96 percent of our universe,

우주의 96%를 차지하고 있습니다.

and we don't even know what it is.

우리는 암흑 물질이 뭔지도 모릅니다.

All of the science returned

모든 심우주 임무에서 얻은 과학들은

from all of our deep space missions combined

is just this single drop of knowledge

지식의 아주 일부분에 지나지 않습니다.

in a vast ocean of questions.

아주 광활한 질문의 바다에서 말이죠.

And if we want to learn more,

따라서 우리가 더 알고 싶다면,

to discover more, to understand more,

더 발견하고 싶고, 더 이해하고 싶다면,

then we need to explore more.

더 탐험해야 합니다.

The ability to accurately keep time in deep space

심우주에서 시간을 정확하게 알 수 있는 능력은

will revolutionize the way that we can explore this universe,

이 우주를 탐험하는 데 혁신을 가져다 줄 것입니다.

and it might just be one of the keys to unlocking some of those secrets

이건 우주가 아주 소중하게 여기는 비밀의 일부를 해결하기 위한

that she holds so dear.

한 열쇠일지도 모릅니다.

Thank you.

감사합니다.

(Applause)

(박수)