뭉쳐있다

1. 각 조마다 과학 기술 사례 1가지 선정하기.

2. (교과서 p29) 자료 조사 및 출처 밝히기

3. 현대 과학기술과 비교 분석하기

4. 발표 자료 제작

5. 발표 및 질의응답

개발 목적: 기존에 개발하였던 해시계와 물시계는 시간 오차가 생길 수 있다는 단점이 있기에 세종은 중국에서 별을 보고 시각을 측정했다는 기록을 보고 별을 모고 시각을 측정할 수 있는 기기를 만들라고 명했는데 그 결과로 일성정시의가 발명되었다.

https://n.news.naver.com/article/020/0003403228?sid=103

원리: 해와 별들이 북극을 중심으로 일정하게 회전한다는 원리를 적용하고 있다.

활용용도: 자격루 시간 교정용도로도 쓰였다.

https://n.news.naver.com/article/020/0003403228?sid=103

ZONE 02 복지와 과학기술 - 동의보감

ZONE 03 경제와 과학기술 - 온돌

ZONE 04 문화와 과학기술 - 베틀

ZONE 05 군사와 과학기술 - 수원화성

zone2 : 동의보감

zone3 : 온돌

zone4 : 베틀

zone5 : 수원화성

zone2- 동의보감

zone3- 온돌

zone4- 베틀

zone5- 수원화성

동의보감

온돌

베틀

수원화성

- 혼일강리역대국도지도

ZONE 02 복지와 과학기술

- 측우기

ZONE 03 경제와 과학기술

- 발효음식

ZONE 04 문화와 과학기술

- 한지

ZONE 05 군사와 과학기술

- 군선 판옥선

1. 판옥선, 거북선

1606김효립 : 혼천의에 활용된 과학적 기술과 현대기술 비교, 개발 목적

1611신채원 : 개발 목적, 활용용도

1612양아윤 : 혼천의 원리 현대기술 비교, 활용용도

1618 정윤주 : 일성정시의의 원리와 구조

1619 주소영 : 일성정시의의 과학적 개념과 원리 (현대기술 원리 조사)

1621 최은유 : 일성정시의 개발 목적과 활용용도

1604김은실: 간의의 활용용도, 한계점,현대기술의 한계점

1609박채은: 현대기술의 활용용도(현대의 간의 대체제), 현대기술의 한계점, 현대기술의 개발목적

1616이예서: 간의의 원리,개발목적, 현대기술의 원리

1621최윤서: 현대기술의 원리(간의 대체제),간의의 한계점,개발목적

1610 손여주: 선조들의 과학 기술과 현대 기술의 원리, 구조 비교, 활용 용도

1615 이서율: 선조들의 과학 기술과 현대 기술의 원리, 과학적 개념, 개발 목적 비교

1622 최하늬: 선조들의 과학 기술과 현대 기술의 원리, 공통점과 차이점, 활용 용도

https://contents.history.go.kr/mobile/km/view.do?levelId=km_015_0040_0040_0030&utm

https://koya-culture.com/news/article.html?no=129634

1605김현서: 판옥선의 과학적 원리와 한계점 [원리, 구조]

1613윤소윤: 현대 군함의 구조와 추진 시스템 기술, [용도]

1614이다인: 종합 비교 및 결론 정리(통합 분석, 공통점과 차이점 위주로) [목적, 용도]

1617전서인: 판옥선과 현대 군함의 과학 기술 [원리, 구조]

복지와 과학기술: 동의보감

경제와 과학기술: 온돌

문화와 과학기술: 베틀

군사와 과학기술: 수원화성

판옥선은 임진왜란 당시 조선 수군의 주력 전투선으로 전투 효율성과 방어력을 극대화하기 위해 과학적으로 설계된 배이다. 이 배는 상하 2층 구조로 되어 있었는데 아래층은 노를 젓는 병사들이 배를 조종하며 무기와 식량을 보관하는 공간으로 사용되었고 위층은 전투 병력과 지휘관이 위치하여 전투를 지휘하고 수행하는 공간으로 활용되었다. 이러한 이층 구조는 전투 시 시야 확보와 방어에 유리한 구조였다. 또한 판옥선은 전투 상황과 전략에 따라 네 가지 크기로 제작되어 다양한 전술적 운용이 가능하였다.

배의 상부인 2층 갑판에는 화포를 설치하고 사용할 수 있도록 포안이 마련되어 있었는데 이 포안은 원형과 세로로 긴 장방형 구조로 되어 있어 다양한 각도에서 화포를 발사할 수 있도록 설계되었다. 더불어 선체의 측면에는 ‘전안(箭眼)’과 ‘총안(銃眼)’이라 불리는 좁고 긴 구멍들이 배치되어 있어서 병사들이 배 안에서 활과 조총을 동시에 사용할 수 있게 하였다. 이는 근접 전투에서의 방어와 공격 양면에서 효과적인 구조였다.

또한 판옥선의 외판 구조는 미익(尾翼, 배 끝부분)이 짧은 특징을 가지고 있었는데 이는 조선 후기의 선박들이 가지는 길고 높은 구조와는 다른 형태였다. 이처럼 짧은 외판 구조는 선박의 기동성과 안정성을 높이는 데 기여해서 해상에서 민첩하고 안정적인 움직임을 가능하게 하였다.

https://www.dbpia.co.kr/journal/articleDetail?nodeId=NODE01623980

: 우리나라의 전통 무기 중 18 판옥선

: 판옥선의 정의와 역사, 과학기술

https://www.sedaily.com/NewsView/2D81B0V7YL

적을 직접 공격하기 위해 만든 ‘전투함’과 전투함을 후방에서 지원하는 ‘지원함’으로 크게 나눌 수가 있음.  전투함에서는  순양함과 구축함, 호위함, 초계함등으로 구분이 되며 지원함도 수송함, 상륙함, 소해함( 기뢰탐지함), 구조함 등으로 나뉨.

혼천의는 천체의 운동을 정확하게 관측하고, 이를 바탕으로 역법을 계산하기 위해 개발된 기계식 천문 관측 장치이다. 여기서 역법이란 천체의 움직임을 관측해서 날짜, 절기, 시간 등을 계산하는 체계를 말한다. 조선 시대에는 시간 측정, 절기 계산, 해와 달의 움직임 분석이 중요했기 때문에 혼천의는하늘이 구 형태로 회전한다는 고대 천문학 이론인 천구의 개념을 기계 장치로 구현하여 실제로 측정하려는 시도였다. 세차 운동이나 적위, *적경을 직접 관찰하는 데 활용되었다.

*세차운동-지구의 자전축이 약 26000년을 주기로 아주 느리게 흔들리는 운동/세차운동 때문에 별의 위치가 조금씩 달라지는 것을 이해하고 정확하 위치를 관찰하기 위해 혼천의 제작

*적경-하늘의 적도를 기준으로 동쪽으로 얼마나 떨어졌는지를 시간 단위로 나타낸 것/별의 시간별 위치 변화를 계산하기 위해서는 적경값을 알아야 하며 고대 천문학자들을 별의 뜨고 지는 시간을 예측할 때 이 개념을 사용하기도 함

*적위-하늘에서의 위도/별이 하늘에서 얼마나 북쪽에 있는지 남쪽에 있는지를 알려줌

혼천의의 활용 용도

조선의 현재의 기상청, 천문연구소 역할을 하는 관상감에서 국가적인 달력 제작, 관측 교육, 의례용 시간 측정에 사용되었다. 혼천의가 포함된 혼천시계의 경우 자동 시계 장치와 연결해 기계식 자동 측정 기기로 발전되었다.

출처 - 한국민족문화대백과사전 혼천의(渾天儀) - 한국민족문화대백과사전

        - 국가과학기술연구회 사이언스타임즈 4차원을 바라보는 혼천시계

GPS활용용도

Gps(Global Positioning System)는 GPS 워싱에서 보내는 신호를 수신해 사용자의 연재 위치를 계산하는 위성향법시스템이다. 항공기, 선박, 자동차 등의 내비데이션장치에 주로 쓰이고 있으며, 최근에는 스마트폰, 태블릿 PC등에서도 많이 활용되는 추세다. 또한 군사용으로 gps 유도폭탄으로도 사용된다.

GPS 개발목적

원래 GPS는 미국 국방부에서 폭격의 정확성을 높이기 위해 군사용으로 개발한 시스템이다. GPS가 개발되기 전에는 특정 목표물을 파괴하기 위해 수천 개의 폭탄을 일정 범위에 쏟아 붓는 이른바 ‘융단 폭격’을 사용했는데, 이는 정확도뿐 아니라 효율성도 크게 떨어지는 방식이었다.

이후 정밀도를 높인 레이저 유도 폭탄이 등장했지만 파일럿의 시각, 지형, 날씨에 영향을 크게 받았다. 이에 외부 조건에 영향을 받지 않는 폭탄의 필요성이 대두되었고, GPS를 이용한 유도 폭탄이 개발되기에 이르렀다. 이 폭탄의 위력은 이라크 전쟁과 아프가니스탄 전쟁에서 증명됐다. GPS가 민간 부문에서 본격적으로 사용되기 시작한 것은 미국이 GPS 정밀도를 제한하기 위해 도입했던 SA(Selective Availability, 선택적 유용성)를 해제한 2000년부터다. 이를 통해 수십 미터의 오차가 나던 민간 위치 정보의 정밀도가 크게 높아지면서, 자동차 내비게이션과 같은 민간 항법 장치가 본격적으로 발달하게 되었다. 현재 GPS는 전 세계에 무료로 개방되어 많은 국가에서 이를 활용하고 있다.하지만 유럽연합, 중국 등 일부 국가에서는 독자적인 위성항법시스템 개발을 추진하고 있다. 미국과 세계의 패권을 놓고 겨루는 입장에서, 언제라도 SA를 재도입할 수 있는 미국의 GPS에 의존할 수는 없다고 판단했기 때문이다.

출처 - https://naver.me/IMQ4alUN

혼천의는 천체의 운동을 정확하게 관측하고, 이를 바탕으로 역법을 계산하기 위해 개발된 기계식 천문 관측 장치이다. 여기서 역법이란 천체의 움직임을 관측해서 날짜, 절기, 시간 등을 계산하는 체계를 말한다. 조선 시대에는 시간 측정, 절기 계산, 해와 달의 움직임 분석이 중요했기 때문에 혼천의는하늘이 구 형태로 회전한다는 고대 천문학 이론인 천구의 개념을 기계 장치로 구현하여 실제로 측정하려는 시도였다. 세차 운동이나 적위, *적경을 직접 관찰하는 데 활용되었다.

*세차운동-지구의 자전축이 약 26000년을 주기로 아주 느리게 흔들리는 운동/세차운동 때문에 별의 위치가 조금씩 달라지는 것을 이해하고 정확하 위치를 관찰하기 위해 혼천의 제작

*적경-하늘의 적도를 기준으로 동쪽으로 얼마나 떨어졌는지를 시간 단위로 나타낸 것/별의 시간별 위치 변화를 계산하기 위해서는 적경값을 알아야 하며 고대 천문학자들을 별의 뜨고 지는 시간을 예측할 때 이 개념을 사용하기도 함

*적위-하늘에서의 위도/별이 하늘에서 얼마나 북쪽에 있는지 남쪽에 있는지를 알려줌

혼천의의 활용 용도

조선의 현재의 기상청, 천문연구소 역할을 하는 관상감에서 국가적인 달력 제작, 관측 교육, 의례용 시간 측정에 사용되었다. 혼천의가 포함된 혼천시계의 경우 자동 시계 장치와 연결해 기계식 자동 측정 기기로 발전되었다.

출처 - 한국민족문화대백과사전 혼천의(渾天儀) - 한국민족문화대백과사전

        - 국가과학기술연구회 사이언스타임즈 4차원을 바라보는 혼천시계

GPS활용용도

Gps(Global Positioning System)는 GPS 워싱에서 보내는 신호를 수신해 사용자의 연재 위치를 계산하는 위성향법시스템이다. 항공기, 선박, 자동차 등의 내비데이션장치에 주로 쓰이고 있으며, 최근에는 스마트폰, 태블릿 PC등에서도 많이 활용되는 추세다. 또한 군사용으로 gps 유도폭탄으로도 사용된다.

GPS 개발목적

원래 GPS는 미국 국방부에서 폭격의 정확성을 높이기 위해 군사용으로 개발한 시스템이다. GPS가 개발되기 전에는 특정 목표물을 파괴하기 위해 수천 개의 폭탄을 일정 범위에 쏟아 붓는 이른바 ‘융단 폭격’을 사용했는데, 이는 정확도뿐 아니라 효율성도 크게 떨어지는 방식이었다.

이후 정밀도를 높인 레이저 유도 폭탄이 등장했지만 파일럿의 시각, 지형, 날씨에 영향을 크게 받았다. 이에 외부 조건에 영향을 받지 않는 폭탄의 필요성이 대두되었고, GPS를 이용한 유도 폭탄이 개발되기에 이르렀다. 이 폭탄의 위력은 이라크 전쟁과 아프가니스탄 전쟁에서 증명됐다. GPS가 민간 부문에서 본격적으로 사용되기 시작한 것은 미국이 GPS 정밀도를 제한하기 위해 도입했던 SA(Selective Availability, 선택적 유용성)를 해제한 2000년부터다. 이를 통해 수십 미터의 오차가 나던 민간 위치 정보의 정밀도가 크게 높아지면서, 자동차 내비게이션과 같은 민간 항법 장치가 본격적으로 발달하게 되었다. 현재 GPS는 전 세계에 무료로 개방되어 많은 국가에서 이를 활용하고 있다.하지만 유럽연합, 중국 등 일부 국가에서는 독자적인 위성항법시스템 개발을 추진하고 있다. 미국과 세계의 패권을 놓고 겨루는 입장에서, 언제라도 SA를 재도입할 수 있는 미국의 GPS에 의존할 수는 없다고 판단했기 때문이다.

출처 - https://naver.me/IMQ4alUN

서전, 순전, 기형장의 선기옥형은 바로 혼천의이며

17세기에 망원경이 발명될 때까지 천체위치를 측정하는 기본 천문의기였다.

혼천의는 시대마다 구조와 제작방법이 달랐는데 그림1은 이것의 대표적인 구조로서 3층으로 된 고리(環)들로 구성된다. 2) 맨 바깥 층은 육합의이며 동서남북과 천지를 나타내는 자오환·지평환·천상적도환으로 구성되고 4개의 용주, 십자 받침대, 별운이 환들을 받친다. 가운데 층은 삼진의이며 일월성진을 나타내는 삼진환·적도환·황도환·백도환 등으로 구성된다. 맨 안쪽의 층이 사유의이며 사유환·망통(또는 옥형)과 직거로 구성되는데 관측용 혼천의는 망통으로 별을 관찰한다. 실내에 두고 전시하거나 계산하는 데 쓰는 실연용 혼천의에는 사유의 대신에 극축에 지구의를 넣는 것이 보통이다. 시계장치를 하여 삼진의를 하루에 한 번씩 회전시키는 구조물을 선기옥형이라 불뜀고 송대에 소송이 만든 수운의상대에 쓰인 것과 같은 기륜 (그림2)을 시계 장치로 써서 혼의와 혼상 또는 혼의와 시보장치를 자동으로 회전시키는 혼천의를 제작했는데 이것은 기본적인 혼천시계 또는 천문시계이다

https://www.dbpia.co.kr/pdf/pdfView.do?nodeId=NODE02107919

GPS는 우주 세그먼트를 통해

• 약 24개 이상의 인공위성으로 구성 (현재는 30개 이상 운영 중)

• 지구 상공 약 20,200km 고도에서 궤도 주기 약 12시간으로 운행

• 위성들은 전 세계를 균일하게 커버할 수 있도록 6개의 궤도면에 배치됨

• 자신의 위치 정보와 정확한 시간 정보를 포함한 신호를 지속적으로 지구에 전송

• 수신기가 이 정보를 바탕으로 위치를 계산할 수 있도록 함

지상 통제 세그먼트 (Control Segment)

• 마스터 제어소 (Master Control Station): 시스템 전체 통제 (미국 콜로라도주에 위치)

• 모니터링 스테이션: 전 세계 여러 지역에 분포 (위성 상태 감시)

• 지상 안테나: 위성에 명령 전송 및 데이터 업로드

• 위성의 정확한 궤도 유지 및 시계 오차 보정

• 위성의 정비, 제어, 상태 확인 등을 수행

사용자 세그먼트 (User Segment)

• GPS 수신기 (스마트폰, 내비게이션, 드론, 군용 장비 등)

• 위성으로부터 신호를 수신하여 위치, 속도, 고도, 시간 등을 계산

• 수신기는 최소 4개 이상의 위성 신호를 받아야 정확한 위치를 파악할 수 있음

https://youtu.be/6LYp4zsYv6E?si=qXz_29zKUYgsNXD5

1.재료 - 주로 소나무(가볍고 부력 확보), 참나무(단단하고 내구성 높음) 사용, 나무의 특성과 목적에 따른 분리 사용

2.이층 구조 - 위층은 전투 병력, 아래층은 노를 젓는 공간과 보급품 보관. 무게 중심 조절과 전투 효율성 확보를 위한 설계.

3.포안/전안/총안 구조 - 2층에 원형 또는 직사각형 구멍을 만들어 화포,활,조총을 쏠 수 있도록 구조화. 공격 및 방어에 최적화된 배치.

4.넓은 평저형 바닥 구조 - 수심이 얕은 한반도 연해에 적합하도록 설계. 넓은 바닥은 부력을 증가시키고 선박 안정성 유지에 기여.

5.목재 조립 방식 맞춤 - 끼움(텐온) 방식, 철못보다는 나무못을 사용해 부식 방지. 당대 기술로 정밀한 조립을 구현.

현대 선박 과학기술

1.고강도 합금 및 복합재료 - 강철, 알루미늄 합금, 탄소섬유 강화 플라스틱 등 고내구·경량 재료 사용. 구조 안정성과 부식 방지.

2.선형 최적화 (유체역학 적용) - 전산유체역학(CFD)으로 저항을 최소화한 선체 설계. 물의 흐름 분석을 통해 연료 효율 및 안정성 향상.

모듈형 구조 설계 용도별로 분리 가능한 모듈화된 내부 구조. 수리, 개조, 생산에 용이함.

3.스마트 구조 기술 - 센서와 데이터 기반 구조 감시 시스템 적용. 선체의 변형, 부식, 응력 분포 등을 실시간으로 측정하고 조절. 대형 선박, 군함, 해양 플랜트에서 사용되며 안전성 향상과 유지보수 비용 절감을 위해 활발히 개발 중.

4.충격 흡수 구조 - 사고나 충돌 시 충격을 분산시키는 에너지 흡수 구조 도입.

서전, 순전, 기형장의 선기옥형은 바로 혼천의이며

17세기에 망원경이 발명될 때까지 천체위치를 측정하는 기본 천문의기였다.

혼천의는 시대마다 구조와 제작방법이 달랐는데 그림1은 이것의 대표적인 구조로서 3층으로 된 고리(環)들로 구성된다. 2) 맨 바깥 층은 육합의이며 동서남북과 천지를 나타내는 자오환·지평환·천상적도환으로 구성되고 4개의 용주, 십자 받침대, 별운이 환들을 받친다. 가운데 층은 삼진의이며 일월성진을 나타내는 삼진환·적도환·황도환·백도환 등으로 구성된다. 맨 안쪽의 층이 사유의이며 사유환·망통(또는 옥형)과 직거로 구성되는데 관측용 혼천의는 망통으로 별을 관찰한다. 실내에 두고 전시하거나 계산하는 데 쓰는 실연용 혼천의에는 사유의 대신에 극축에 지구의를 넣는 것이 보통이다. 시계장치를 하여 삼진의를 하루에 한 번씩 회전시키는 구조물을 선기옥형이라 불뜀고 송대에 소송이 만든 수운의상대에 쓰인 것과 같은 기륜 (그림2)을 시계 장치로 써서 혼의와 혼상 또는 혼의와 시보장치를 자동으로 회전시키는 혼천의를 제작했는데 이것은 기본적인 혼천시계 또는 천문시계이다

https://www.dbpia.co.kr/pdf/pdfView.do?nodeId=NODE02107919

GPS는 우주 세그먼트를 통해

• 약 24개 이상의 인공위성으로 구성 (현재는 30개 이상 운영 중)

• 지구 상공 약 20,200km 고도에서 궤도 주기 약 12시간으로 운행

• 위성들은 전 세계를 균일하게 커버할 수 있도록 6개의 궤도면에 배치됨

• 자신의 위치 정보와 정확한 시간 정보를 포함한 신호를 지속적으로 지구에 전송

• 수신기가 이 정보를 바탕으로 위치를 계산할 수 있도록 함

지상 통제 세그먼트 (Control Segment)

• 마스터 제어소 (Master Control Station): 시스템 전체 통제 (미국 콜로라도주에 위치)

• 모니터링 스테이션: 전 세계 여러 지역에 분포 (위성 상태 감시)

• 지상 안테나: 위성에 명령 전송 및 데이터 업로드

• 위성의 정확한 궤도 유지 및 시계 오차 보정

• 위성의 정비, 제어, 상태 확인 등을 수행

사용자 세그먼트 (User Segment)

• GPS 수신기 (스마트폰, 내비게이션, 드론, 군용 장비 등)

• 위성으로부터 신호를 수신하여 위치, 속도, 고도, 시간 등을 계산

• 수신기는 최소 4개 이상의 위성 신호를 받아야 정확한 위치를 파악할 수 있음

https://youtu.be/6LYp4zsYv6E?si=qXz_29zKUYgsNXD5

-머니 투데이 류준영

https://www.allthatsejong.com/bbs/board.php?bo_table=table46&wr_id=84

-판옥선은 오로지 전투 목적으로 개발된 군선이다

https://www.jeollailbo.com/news/articleView.html?idxno=667450

판옥선의 역사적 배경

- 판옥선의 원조는 맹선으로 조선 초기 조정은 맹선을 주력 중심으로 사용했다 하지만 그당시에 우리 땅을 침범해 노략질을 하던 왜구들은 화기로 무장한 데다 배에 방패를 세워 우리 수군의 총통을 막았다 그에 비해 맹선은 별다른 방어 장치나 무장 체계가 없어 이들을 토벌하기에는 적절치 않아 나온 게 판옥선이다

https://www.jeollailbo.com/news/articleView.html?idxno=667450

판옥선의 용도

-판옥선은 해상 전투를 위해 특별히 설계된 전투용 함선으로 높은 상갑판은 적의 침입을 어렵게 해 방어 기능이 뛰어나고 선체가 커서 많은 사람들을 태울 수 있어서 기동성이 높았다

https://encykorea.aks.ac.kr/Article/E0059680

개요 : 세종 시대 장영실이 제작한 자동 물시계

일정 시간마다 물의 흐름을 이용해 자동으로 종을 울림

원리 : 중력을 이용해 물이 항아리로 천천히 흘러들어감

부력 장치와 기어 장치가 물의 양에 따라 작동 → 자동 타종

기계적 에너지 변환: 물 → 기계 운동

개발 목적 : 시간 통제 → 관청 운영, 백성의 생활 정비

자연을 이용한 공공 시스템

2. 현대의 과학 기술 – 에너지 하베스팅

개요 : 주변의 자연 에너지(빛, 열, 진동 등)를 수집해 전기로 변환하는 기술

대표 예: 태양광 패널, 압전 소자, 열전소자

원리 : 자연 에너지를 전기에너지로 변환

예 : 태양광: 빛 → 전기 (광전 효과)

압전 : 진동 → 전기 (압전 효과)

열전 : 온도차 → 전기 (제백 효과)

수집된 전기를 센서, IoT 기기, 웨어러블 등에 사용

→ 무전원 자동화 시스템

개발 목적 : 배터리 없이 작동하는 스마트 기기

지속 가능한 에너지 활용

환경 감지, 자율 기기, 미래형 도시 인프라

공통점 : 자연의 힘을 수집해서 인간의 목적에 맞게 자동화

기계 개입 최소화, 지속 가능한 시스템 설계

인간의 노력 절약 + 정확성 향상

차이점 : 옥루는 중세 기계적 자동화의 정수

에너지 하베스팅은 현대 디지털 자동화의 기반

현대기술 원리(허블 우주 망원경)

과거 천문 관측 도구인 간의는 천체의 위치를 측정하는 데 사용되고 있습니다. 현대에는 이를 대체하는 기술로 허블 우주 망원경이 있습니다. 허블 망원경은 지구 대기권 밖에서 자외선과 적외선을 포함한 다양한 파장의 빛을 관측하여 우주의 구조와 진화를 연구합니다. 

1. 우주 공간에서 빛을 모은다.

허블은 지구 대기권 밖 우주 궤도에 떠 있습니다. 대기가 없어서 빛이 흐려지거나 방해받지 않고, 우주에서 오는 빛을 아주 깨끗하게 받아들일 수 있습니다.

2. 거울로 빛을 모아 집중을 시킨다.

허블 안에는 크고 둥근 주거울 있습니다. 먼 별이나 은하에서 오는 빛을 이 거울이 받아서 한 곳에 집중시킵니다. 그 빛은 다시 부경아라는 작은 거울로 반사돼서 망원경 뒤쪽으로 전달됩니다.

3. 빛을 전기 신호로 바꿔서 사진을 찍는다.

빛은 망원경 안에 있는 카메라나 분관기 같은 장비에 닿습니다. 이 장비는 CCD라는 전자 센서로 빛을 전기 신호로 바꾸고, 컴퓨터가 이 신호를 모아서 이 신호를 모아서 우주 사진을 만듭니다.

https://harg.kasi.re.kr/pro_plus/down/200911/200911_093-109.pdf

2)간의 개발 목적

천체의 위치 관측을 위해

-> 해, 달, 별, 등의 위치를 정밀하게 측정하여 달력 제작과 천문 현상 예측에 활용했습니다.

역법 정확성 향상을 위해

-> 조선 초기에는 중국 역법을 따랐으나, 한국 고유의 천문 환경에 맞춘 정확한 역법 체계 확립을 위한 관측 도구가 필요했습니다.

농사와 국가 제례를 위한 시간 확인

전반적으로 한국천문연구원에서 발간한 천문기기 관련 문서에서는 천체의 정확한 위치를 측정하여 역법(달력)을 정교하게 만들고, 이를 바탕으로 시간과 절기를 정밀하게 계산해 왕실 및 국가의 의례, 농업, 시간 체계 등을 과학적으로 운영하기 위함입니다.

+별을 관측하기 위해서 -> 농사를 지으려면 언제 씨를 뿌리고, 언제 추수해야 하는지 알아야되서, 별과 해, 달의 움직임을 보면 계절의 흐름과 절기를 알 수 있고, 그래서 이를 바탕으로 별을 관측해서 역법(달력)을 만들었다. 별이나 해, 달이 평소와 다르게 보이면 흉조로 여겼다, 왕이 하늘의 이치를 안다는건 당시에는 백성에게 왕이 정당한 통치자라는 걸 보여주는 뜻이기도 해서 천문학은 단순한 과학이 아니라 정치적인 상징이기도 했음.

-한국천문연구원- https://harg.kasi.re.kr/pro_plus/down/200911/200911_093-109.pdf

3) 기구의 가장 아래에 있는 밑받침은 정제된 구리로 만들어졌고, 가장자리에 도랑(좁은 홈)을 파서 물을 채워 넣습니다. 물을 담긴 도랑은 언제나 수평을 유지하기 때문에,  기구 전체가 기울지 않게 정확히 설치할 수 있습니다. 이처럼 물의 수평 원리를 이용해 오차를 최소화하는 것입니다.

2.밑받침 위에는 기둥이 서 있고,그 기둥에는 3개의 고리(환)가 끼워져 있습니다. 그중 가장 안쪽에 있는 고리를 사유환이라고 합니다.

이 사유환은 동서 방향으로 돌릴 수 있고, 남북 방향으로 기울일 수도 있어서, 기구를 북극방향에 정확히 맞추는 데 사용됩니다. 기둥과 고리의 구조는 천구(하늘의 구면)와 일치하게 만들어져 있어, 별이 도는 방향과 정밀하게 맞추는 것이 가능합니다.

3.사유환 바깥에는 박각환이라는 고리가 있습니다. 낮에는 해시계처럼 태양의 위치를 이용해 시간을 알 수 있고, 밤에는 별이 하늘에서 특정 위치(자오선)를 지날 때의 시간을 읽을 수 있습니다. 이 눈금 덕분에 천체가 하늘에서 움직이는 정확한 시각을 분 단위로 알아낼 수 있습니다.

https://harg.kasi.re.kr/pro_plus/down/200911/200911_093-109.pdf

개요 : 세종 시대 장영실이 제작한 자동 물시계

일정 시간마다 물의 흐름을 이용해 자동으로 종을 울림

원리 : 중력을 이용해 물이 항아리로 천천히 흘러들어감

부력 장치와 기어 장치가 물의 양에 따라 작동 → 자동 타종

기계적 에너지 변환: 물 → 기계 운동

개발 목적 : 시간 통제 → 관청 운영, 백성의 생활 정비

자연을 이용한 공공 시스템

2. 현대의 과학 기술 – 에너지 하베스팅

개요 : 주변의 자연 에너지(빛, 열, 진동 등)를 수집해 전기로 변환하는 기술

대표 예: 태양광 패널, 압전 소자, 열전소자

원리 : 자연 에너지를 전기에너지로 변환

예 : 태양광: 빛 → 전기 (광전 효과)

압전 : 진동 → 전기 (압전 효과)

열전 : 온도차 → 전기 (제백 효과)

수집된 전기를 센서, IoT 기기, 웨어러블 등에 사용

→ 무전원 자동화 시스템

개발 목적 : 배터리 없이 작동하는 스마트 기기

지속 가능한 에너지 활용

환경 감지, 자율 기기, 미래형 도시 인프라

공통점 : 자연의 힘을 수집해서 인간의 목적에 맞게 자동화

기계 개입 최소화, 지속 가능한 시스템 설계

인간의 노력 절약 + 정확성 향상

차이점 : 옥루는 중세 기계적 자동화의 정수

에너지 하베스팅은 현대 디지털 자동화의 기반

: 세종시대의 장영실은 두 가지의 자동 물시계를 제작했다. 이미 잘 알려진 보루각루(자격루로 많이 소개됨)는 1434년에 완성되어 국가 표준시계로서의 역할을 수행했고, 이어서 만들어진 옥루는 세종을 위한 특별한 시계였다. 이러한 옥루는 ‘흠경각루‘라고 불리기도 한다.
옥루는 천체운행을 담당하는 태양장치가 있고, 천상의 모습을 구현하고 있어 천문시계의 역할도 하고 있다. 가산 위에는 4신(神)과 12지신(支神), 옥녀(玉女), 종·북·징을 타격하여 시간을 알려주는 다양한 시보인형이 등장하고 있다. 내부에는 물시계인 누각이 있어 내부기어장치에 동력을 만들어 주어 자동으로 운행되도록 하였다.

선조들의 과학 기술과 현대 기술과의 원리 비교

: 옥루는 4단 물시계의 원리가 적용되었다.

누호(파수호): 크기 700×500 mm (물높이 190mm)

1누호: 4시간 간격으로 물공급

2누호: 서서히 물이 줄어듦

3누호: 거의 완만하게 물이 줄어듦

4누호: 거의 일정한 수위를 유지

배수관: 2 mm

전호(수수호): 크기 640×640 mm

일정하게 수위가 상승

4누호에서 일정한 물이 공급되므로 시간에 따른 수위 상승은 일정함

또한 천형시스템의 구동: 수차제어스시템의 원리 또한 적용됨.

동분에 담긴 일정한 수위의 물이 갈오를 통해 저울에 매달린 동호에 공급되면, 그 무게를 측정하여 시간이 얼마나 흘렀는가를 알수 있음

칭루는 물을 공급해주는 파수호의 물을 일정한 수압을 유지할 수 있도록 물에 뜨는 물통을 사용함

이 물통에서 공급된 물이 일정한 속도도 동호로 담겨지도록 함

계속 물이 담기에 되면 저울장치에 매달린추를 움직여 저울의 수평을 맞추어 시간의 경과를 알 수 있음

시간이 흐를수록 추의 위치는 왼쪽으로 이동하게 됨

수운의상대에는 2개의 천형장치가 있음

첫번째 천형장치는 수차의 수수상의 무게를 측정하여 신호를 발생시키는 역할을 함 (『신의상법요』에서는 이 장치를 추형이라고 부름)

두번째 천형장치는 추형(천형)장치로부터 발생한 신호에 따라 수차의 운행을 제어하도록 함

천형의 작동메커니즘:

추형의 격차는 수차의 수수상에 담겨진 물의 무게를 감지

물이 점점 수수상에 담기에 되면 격차는 천형관설(5)을 누르게 됨

이때 천조가 천형을 잡아담기게 되어 천관(3)과 좌천쇄(6)는 위쪽으로 올려지게 됨

수차는 회전하고 다시 천관과 좌천쇄는 수차를 제동

이러한 운행을 반복하여 수차의 회전을 제어함

우천쇄는 수차의 역회전을 방지하는 역할

천형의 무게추는 천권이고, 추형의 무게추는 추권임

천형 중간에는 철로 제작한 축이있어 철협에 끼워져 있음

수차의 수수상에서 쏟아진 물은 퇴수호에서 담김

옥루는 중력에 의한 낙하로 발생하는 물의 에너지가 사용되었다. 이는 물이 떨어질 때 위치에너지가 운동에너지로 전환하여 기계가 작동하게 된다. 따라서 이 과정을 반복하여 물의 흐름이 수차를 돌려 옥루를 작동시킨다.

https://harg.kasi.re.kr/views/heritage/heritage0201.html

https://naver.me/x8DhRW3C

에너지하베스팅도로(압전 발전 도로)는 압전 소자를 누르고 통과하는 자동차의 물리적인 변화로부터 전력을 생산하는 것이다. 이 장치는 교통량에 따라 발생하는 에너지를 저장할 수 있는 전자카드를 탑재하여 도로 표면 사이에 삽입한 것인데, 이 시스템은 일반적으로 아스팔트층으로 덮여 있지만, 콘크리트와 복합 콘크리트 및 아스팔트에서도 적용이 가능하다.

https://renewableenergyfollowers.org/2971

https://naver.me/FA2tDZbl

공톰점과 차이점

-공통점: 옥루와 에너지하베스팅도로 모두 에너지가 전환되는 원리가 적용되었다. 에너지를 생성하거나 절약하기 때문에 에너지 효율을 개선시킬 수 있다.

-차이점: 설치되는 위치가 에너지하베스팅도로는 도로, 보도 등의 지면이고, 옥루는 지면보다 높은 곳에 설치된다.

활용용도 비교

: 옥루는 시간 측정 및 시보 제공을 위해 궁궐, 관청, 천문대 등에 사용됨. 또한 옥루가 있는 곳인 흠경각은 당시 세종의 정치적 구상을 위한 장소로 사용됐다. 이는 흠경각루를 이루고 있는 외형 부분인 가산에 빈풍사시의 풍경을 그린 점과 기기를 설치한 정황에서 알 수 있다. 빈풍사시의 그림은 당시에 유행하던 그림화법으로 계절에 따른 농사일이 그려져 있어 농사짓는 백성들의 어려움을 살필 수 있었다. 또한 물시계와 함께 작동되는 기기는 누수에 의해서 그릇에 물이 담겨져 균형을 이루거나 기울어지는 것을 권력의 모습으로 비유하여 보여주었다.

에너지 하베스팅 도로는 전기 에너지 생산 및 스마트 인프라 운영을 위해 도심도로, 횡단보도 등에 사용되었다.

혼천의는 천문시계의 기능을 수행하기 위해 여러 장치가 마련되어 있습니다. 태양은 서쪽에서 동쪽으로 1년에 한 바퀴 공전하는데 혼천의는 태양의 연주 운동을 구현하여 태영이 매일 1도씩 움직이도록 설계되었습니다. 이는 태양 모형 끈으로 이루어진 태양 운행 장치를 통해 가능했습니다. 환을 따라 연결된 끈은 시간 지속 장치에 달린 톱니 기어 회전축에 감겨 있습니다. 감긴 끝이 느슨해지지 않도록  추를 이용하여 팽팽하게 잡아당깁니다. 이런 힘을 이용하여 태양 모형을 1년 동안 매일 1도씩 이동시켜 태양의 연주 운동을 나타냅니다.

천구의 적도와 태양의 궤도를 나타내는 황도가 23.5도의 경사를 가지고 회전하도록 하여 24절기를 나타냈습니다. 24절기와 365개의 눈금을 새려 양력 날짜인 절기를 알 수 있게 했습니다.

이런 장치와 기술로 해가 뜨고 지는 방향과 시간을 매일 알 수 있습니다

https://youtu.be/BYy5fWpOHqI?si=5kIkua_eQkWbAyFD

GPS는 위성과의 거리를 측정해 우리 위치를 알려주는 기술로 위성의 초정밀 원자시계가 신호를 보낸 시간을 기록하고 수신기가 신호를 받은 시간을 비교하여 거리를 계산한다. 3개의 위성으로도 위치를 알 수 있으나 위성에 장착된 시계와 수신기에 장착된 시계가 일치하지 않아  수신기의 오차로 인해 최소 4개 이상의 위성이 필요하다 따라서 4개 이상의 GPS 위성에서 전파를 수신해야 정확한 위치로 시간을 알 수 있다.

https://m.terms.naver.com/entry.naver?docId=3571552&cid=59088&categoryId=59096

용도

GPS(Global Positioning System)는 GPS 위성에서 보내는 신호를 수신해 사용자의 현재 위치를 계산하는 위성항법시스템이다. 항공기, 선박, 자동차 등의 내비게이션장치에 주로 쓰이고 있으며, 최근에는 스마트폰, 태블릿 PC등에서도 많이 활용되는 추세다. 또한 군사용으로 gps 유도폭탄으로도 사용된다

https://youtu.be/wHaWYh5_T6Y?si=icDaafWtwZuzlDeh

-천문학을 이용해 시간을 측정하는 일성정시의의 전체적인 형태는 용 모형이 시반에 해당하는 환들을 지탱하는 모습이다. 두 마리의 작은 용이 떠받치고 있는 부분은 밤 시간을 측정할 때  북극을 맞출 수 있게 도와주는 정극환 입니다.  정극환은 외환과 내환으로 이루어져 있습니다. 정극환과 수직을 이루는 판은 계형이며 환의 눈금을 측정하는 용도입니다. 그 밑은 큰 세 환들은 각각 주천도분환, 일구백각환, 성구백각환이다. 주천도분환은 공전에 의해 태양을 기준으로 별들이 하루동안 이동하는 도수를 나눈 환으로 매도 즉, 1도를 다시 4분으로 나누는데 1도는 60분이므로 각 등분이 15분이 되게 나누고, 1461개의 눈금을 가지고 있습니다. 일구백각환은 낮시간을 측정할 때 쓰이며 유일하게 환이 고정되어 있습니다. 12시간을 100개의 각으로 나눠서 눈금을 새기되, 나눈 각을 다시 6등분으로 나눠 한등분이 6분이 되게 나눈 눈금을 가지고 있습니다. 성구백각환은 밤시간을 측정할 때 쓰입니다. 600개의 눈금을 가지고 있으며 일구백각환과 동일하게 매각을 6분으로 나눕니다. 그리고 이들을 지탱하고 있는 십자거와 용주, 부가 있습니다.

일성정시의로 시간을 측정하는 원리는 먼저 지지대에 있는 수로에 물을 부어 가운데 못에 물이 차게 만듭니다. 그리고 못 위에 나침판의 일종인 지남친을 띄어 남북 방향을 찾습니다.

낮시간을 측정하는 방법은 정극환과 계형에 연결되있는 실의 양 끝을 잡아당겨 팽팽하게 만듭니다. 두가닥의 그림자가 서로 일치하도록 계형을 움직인 후, 일성백각환의 눈금을 읽어 시간을 측정합니다.

밤시간을 측정하는 방법은 별의 일주운동을 바탕으로 정극환의 중앙에 북극성이 오도록 만든 뒤 외환과 내환의 틈에 밝은 별인 제성 즉, 현대의 작은곰자리의 베타별 ‘코카브‘의 일주운동으로 시간을 측정하였습니다. 별은 1시간에 15도를 움직이므로 북극성을 중심으로 둬, 제성이 움직인 각도를 계형으로 측정해 성구백각환의 눈금을 읽어 밤시간을 읽었습니다. 예를 들어 제성이 45도 움직였으면 3시간이 흘렀다는 것을 알 수 있었습니다.

추가로 일주운동을 하는 별들은 계절이 바뀔 때 마다 매일 1도씩 서쪽으로 이동해 별자리의 위치가 바뀌게 됩니다. 이때 별시계 눈금환인 성구백각환은 매일 1도씩 돌려주게 되면 별자리가 1도 움직여도 같은 별자리의 별을 보면서 밤시간을 측정할 수 있습니다. 그러나 매일 1도씩 돌리려니까 귀찮아서 동짓날을 기준으로 며칠이 지났나, 예를 들어 동짓날에서 100이 지났으면 일구백각환을 100도 돌려주는 식으로 변경하였습니다. 이후에는 날짜에 따라 각도를 계산해서 맞추는 방식을 썼습니다.

https://contents.history.go.kr/front/km/print.do?levelId=km_015_0040_0040_0030&whereStr=

https://m.terms.naver.com/entry.naver?docId=5647404&cid=62801&categoryId=62801

https://m.terms.naver.com/entry.naver?docId=3551450&cid=58581&categoryId=58581

http://youtu.be/MtVRWgOUhGA

: 세종시대의 장영실은 두 가지의 자동 물시계를 제작했다. 이미 잘 알려진 보루각루(자격루로 많이 소개됨)는 1434년에 완성되어 국가 표준시계로서의 역할을 수행했고, 이어서 만들어진 옥루는 세종을 위한 특별한 시계였다. 이러한 옥루는 ‘흠경각루‘라고 불리기도 한다.
옥루는 천체운행을 담당하는 태양장치가 있고, 천상의 모습을 구현하고 있어 천문시계의 역할도 하고 있다. 가산 위에는 4신(神)과 12지신(支神), 옥녀(玉女), 종·북·징을 타격하여 시간을 알려주는 다양한 시보인형이 등장하고 있다. 내부에는 물시계인 누각이 있어 내부기어장치에 동력을 만들어 주어 자동으로 운행되도록 하였다.

선조들의 과학 기술과 현대 기술과의 원리 비교

: 옥루는 4단 물시계의 원리가 적용되었다.

누호(파수호): 크기 700×500 mm (물높이 190mm)

1누호: 4시간 간격으로 물공급

2누호: 서서히 물이 줄어듦

3누호: 거의 완만하게 물이 줄어듦

4누호: 거의 일정한 수위를 유지

배수관: 2 mm

전호(수수호): 크기 640×640 mm

일정하게 수위가 상승

4누호에서 일정한 물이 공급되므로 시간에 따른 수위 상승은 일정함

또한 천형시스템의 구동: 수차제어스시템의 원리 또한 적용됨.

동분에 담긴 일정한 수위의 물이 갈오를 통해 저울에 매달린 동호에 공급되면, 그 무게를 측정하여 시간이 얼마나 흘렀는가를 알수 있음

칭루는 물을 공급해주는 파수호의 물을 일정한 수압을 유지할 수 있도록 물에 뜨는 물통을 사용함

이 물통에서 공급된 물이 일정한 속도도 동호로 담겨지도록 함

계속 물이 담기에 되면 저울장치에 매달린추를 움직여 저울의 수평을 맞추어 시간의 경과를 알 수 있음

시간이 흐를수록 추의 위치는 왼쪽으로 이동하게 됨

수운의상대에는 2개의 천형장치가 있음

첫번째 천형장치는 수차의 수수상의 무게를 측정하여 신호를 발생시키는 역할을 함 (『신의상법요』에서는 이 장치를 추형이라고 부름)

두번째 천형장치는 추형(천형)장치로부터 발생한 신호에 따라 수차의 운행을 제어하도록 함

천형의 작동메커니즘:

추형의 격차는 수차의 수수상에 담겨진 물의 무게를 감지

물이 점점 수수상에 담기에 되면 격차는 천형관설(5)을 누르게 됨

이때 천조가 천형을 잡아담기게 되어 천관(3)과 좌천쇄(6)는 위쪽으로 올려지게 됨

수차는 회전하고 다시 천관과 좌천쇄는 수차를 제동

이러한 운행을 반복하여 수차의 회전을 제어함

우천쇄는 수차의 역회전을 방지하는 역할

천형의 무게추는 천권이고, 추형의 무게추는 추권임

천형 중간에는 철로 제작한 축이있어 철협에 끼워져 있음

수차의 수수상에서 쏟아진 물은 퇴수호에서 담김

옥루는 중력에 의한 낙하로 발생하는 물의 에너지가 사용되었다. 이는 물이 떨어질 때 위치에너지가 운동에너지로 전환하여 기계가 작동하게 된다. 따라서 이 과정을 반복하여 물의 흐름이 수차를 돌려 옥루를 작동시킨다.

https://harg.kasi.re.kr/views/heritage/heritage0201.html

https://naver.me/x8DhRW3C

에너지하베스팅도로(압전 발전 도로)는 압전 소자를 누르고 통과하는 자동차의 물리적인 변화로부터 전력을 생산하는 것이다. 이 장치는 교통량에 따라 발생하는 에너지를 저장할 수 있는 전자카드를 탑재하여 도로 표면 사이에 삽입한 것인데, 이 시스템은 일반적으로 아스팔트층으로 덮여 있지만, 콘크리트와 복합 콘크리트 및 아스팔트에서도 적용이 가능하다.

https://renewableenergyfollowers.org/2971

https://naver.me/FA2tDZbl

공톰점과 차이점

-공통점: 옥루와 에너지하베스팅도로 모두 에너지가 전환되는 원리가 적용되었다. 에너지를 생성하거나 절약하기 때문에 에너지 효율을 개선시킬 수 있다.

-차이점: 설치되는 위치가 에너지하베스팅도로는 도로, 보도 등의 지면이고, 옥루는 지면보다 높은 곳에 설치된다.

활용용도 비교

: 옥루는 시간 측정 및 시보 제공을 위해 궁궐, 관청, 천문대 등에 사용됨. 또한 옥루가 있는 곳인 흠경각은 당시 세종의 정치적 구상을 위한 장소로 사용됐다. 이는 흠경각루를 이루고 있는 외형 부분인 가산에 빈풍사시의 풍경을 그린 점과 기기를 설치한 정황에서 알 수 있다. 빈풍사시의 그림은 당시에 유행하던 그림화법으로 계절에 따른 농사일이 그려져 있어 농사짓는 백성들의 어려움을 살필 수 있었다. 또한 물시계와 함께 작동되는 기기는 누수에 의해서 그릇에 물이 담겨져 균형을 이루거나 기울어지는 것을 권력의 모습으로 비유하여 보여주었다.

에너지 하베스팅 도로는 전기 에너지 생산 및 스마트 인프라 운영을 위해 도심도로, 횡단보도 등에 사용되었다.

혼천의는 천문시계의 기능을 수행하기 위해 여러 장치가 마련되어 있습니다. 태양은 서쪽에서 동쪽으로 1년에 한 바퀴 공전하는데 혼천의는 태양의 연주 운동을 구현하여 태영이 매일 1도씩 움직이도록 설계되었습니다. 이는 태양 모형 끈으로 이루어진 태양 운행 장치를 통해 가능했습니다. 환을 따라 연결된 끈은 시간 지속 장치에 달린 톱니 기어 회전축에 감겨 있습니다. 감긴 끝이 느슨해지지 않도록  추를 이용하여 팽팽하게 잡아당깁니다. 이런 힘을 이용하여 태양 모형을 1년 동안 매일 1도씩 이동시켜 태양의 연주 운동을 나타냅니다.

천구의 적도와 태양의 궤도를 나타내는 황도가 23,5도의 경사를 가지고 회전하도록 하여 24절기를 나타냈습니다. 24절기와 365개의 눈금을 새려 양력 날짜인 절기를 알 수 있게 했습니다.

이런 장치와 기술로 해가 뜨고 지는 방향과 시간을 매일 알 수 있습니다

https://youtu.be/BYy5fWpOHqI?si=5kIkua_eQkWbAyFD

GPS는 위성과의 거리를 측정해 우리 위치를 알려주는 기술로 위성의 초정밀 원자시계가 신호를 보낸 시간을 기록하고 수신기가 신호를 받은 시간을 비교하여 거리를 계산한다. 3개의 위성으로도 위치를 알 수 있으나 위성에 장착된 시계와 수신기에 장착된 시계가 일치하지 않아 수신기의 오차로 인해 최소 4개 이상의 위성이 필요하다 따라서 4개 이상의 GPS 위성에서 전파를 수신해야 정확한 위치로 시간을 알 수 있다.

https://m.terms.naver.com/entry.naver?docId=3571552&cid=59088&categoryId=59096

용도

GPS(Global Positioning System)는 GPS 위성에서 보내는 신호를 수신해 사용자의 현재 위치를 계산하는 위성항법시스템이다. 항공기, 선박, 자동차 등의 내비게이션장치에 주로 쓰이고 있으며, 최근에는 스마트폰, 태블릿 PC등에서도 많이 활용되는 추세다. 또한 군사용으로 gps 유도폭탄으로도 사용된다

https://youtu.be/wHaWYh5_T6Y?si=icDaafWtwZuzlDeh

-판옥선은 오로지 전투 목적으로 개발된 군선이다

https://www.jeollailbo.com/news/articleView.html?idxno=667450

판옥선의 역사적 배경

- 판옥선의 원조는 맹선으로 조선 초기 조정은 맹선을 주력 중심으로 사용했다 하지만 그당시에 우리 땅을 침범해 노략질을 하던 왜구들은 화기로 무장한 데다 배에 방패를 세워 우리 수군의 총통을 막았다 그에 비해 맹선은 별다른 방어 장치나 무장 체계가 없어 이들을 토벌하기에는 적절치 않아 나온 게 판옥선이다

https://www.jeollailbo.com/news/articleView.html?idxno=667450

판옥선의 용도

-판옥선은 해상 전투를 위해 특별히 설계된 전투용 함선으로 높은 상갑판은 적의 침입을 어렵게 해 방어 기능이 뛰어나고 선체가 커서 많은 사람들을 태울 수 있어서 기동성이 높았다

https://encykorea.aks.ac.kr/Article/E0059680

-천문학을 이용해 시간을 측정하는 일성정시의의 전체적인 형태는 용 모형이 시반에 해당하는 환들을 지탱하는 모습이다. 두 마리의 작은 용이 떠받치고 있는 부분은 밤 시간을 측정할 때  북극을 맞출 수 있게 도와주는 정극환 입니다.  정극환은 외환과 내환으로 이루어져 있습니다. 정극환과 수직을 이루는 판은 계형이며 환의 눈금을 측정하는 용도입니다. 그 밑은 큰 세 환들은 각각 주천도분환, 일구백각환, 성구백각환이다. 주천도분환은 공전에 의해 태양을 기준으로 별들이 하루동안 이동하는 도수를 나눈 환으로 매도 즉, 1도를 다시 4분으로 나누는데 1도는 60분이므로 각 등분이 15분이 되게 나누고, 1461개의 눈금을 가지고 있습니다. 일구백각환은 낮시간을 측정할 때 쓰이며 유일하게 환이 고정되어 있습니다. 12시간을 100개의 각으로 나눠서 눈금을 새기되, 나눈 각을 다시 6등분으로 나눠 한등분이 6분이 되게 나눈 눈금을 가지고 있습니다. 성구백각환은 밤시간을 측정할 때 쓰입니다. 600개의 눈금을 가지고 있으며 일구백각환과 동일하게 매각을 6분으로 나눕니다. 그리고 이들을 지탱하고 있는 십자거와 용주, 부가 있습니다.

일성정시의로 시간을 측정하는 원리는 먼저 지지대에 있는 수로에 물을 부어 가운데 못에 물이 차게 만듭니다. 그리고 못 위에 나침판의 일종인 지남친을 띄어 남북 방향을 찾습니다.

낮시간을 측정하는 방법은 정극환과 계형에 연결되있는 실의 양 끝을 잡아당겨 팽팽하게 만듭니다. 두가닥의 그림자가 서로 일치하도록 계형을 움직인 후, 일성백각환의 눈금을 읽어 시간을 측정합니다.

밤시간을 측정하는 방법은 별의 일주운동을 바탕으로 정극환의 중앙에 북극성이 오도록 만든 뒤 외환과 내환의 틈에 밝은 별인 제성 즉, 현대의 작은곰자리의 베타별 ‘코카브‘의 일주운동으로 시간을 측정하였습니다. 별은 1시간에 15도를 움직이므로 북극성을 중심으로 둬, 제성이 움직인 각도를 계형으로 측정해 성구백각환의 눈금을 읽어 밤시간을 읽었습니다. 예를 들어 제성이 45도 움직였으면 3시간이 흘렀다는 것을 알 수 있었습니다.

추가로 일주운동을 하는 별들은 계절이 바뀔 때 마다 매일 1도씩 서쪽으로 이동해 별자리의 위치가 바뀌게 됩니다. 이때 별시계 눈금환인 성구백각환은 매일 1도씩 돌려주게 되면 별자리가 1도 움직여도 같은 별자리의 별을 보면서 밤시간을 측정할 수 있습니다. 그러나 매일 1도씩 돌리려니까 귀찮아서 동짓날을 기준으로 며칠이 지났나, 예를 들어 동짓날에서 100이 지났으면 일구백각환을 100도 돌려주는 식으로 변경하였습니다. 이후에는 날짜에 따라 각도를 계산해서 맞추는 방식을 썼습니다.

https://m.blog.naver.com/2017scijoy/223362805132

https://contents.history.go.kr/front/km/print.do?levelId=km_015_0040_0040_0030&whereStr=

https://m.terms.naver.com/entry.naver?docId=5647404&cid=62801&categoryId=62801

https://m.terms.naver.com/entry.naver?docId=3551450&cid=58581&categoryId=58581

: 판옥선의 정의와 역사, 구조

1555년(명종 10) 아주 획기적이고 새로운 군함이 시험되었는데, 그것이 바로 판옥선이다. 중량 140.3톤, 너비 8.74미터, 높이 5.56미터, 길이 32.16미터의 규모를 갖추었다. 종래의 맹선은 선체 안에 병사들이 발을 붙이고 싸울 수 있도록 적당한 높이에 갑판을 깔고, 배를 움직이기 위하여 여러 개의 노를 달아놓는 평선(平船)인 데 반하여, 판옥선은 여느 선체 위 전면에 걸쳐 상장을 꾸려 2층으로 꾸민 옥선(屋船)이다. 그 구조는 하반부를 이루는 배의 하체와 그 위에 세운 상장부분으로 대별된다. 하체 부분은 10여 줄의 기다란 각재를 가지고 평탄하게 꾸민 두껍고 튼튼한 저판을 밑에 놓고, 7줄의 외판을 양현에 세운다. 15줄의 참나무를 세로로 꾸며서 평면으로 만든 선수재를 선체의 전면에 세우고, 선체의 후면에도 선미재를 세워서 이들을 서로 고착시킨 다음, 그 위에 14개의 가목을 가로 걸치고, 그 바로 밑으로 내려가며 양현의 외판재마다 가룡목이라 부르는 부재로 연결하였다. 판옥전선에서 선체 위에 상장을 꾸민 모양은 가목 끝단에 연이어 앞뒤로 길게 현란을 놓고, 거기에 방패판을 사면에 둘러세워 그 상면에 현란과 평행하게 패란을 설치한 뒤, 패란을 기대로 하여 갑판을 깐다. 그리고 그 주변에 여장이라 부르는 난간을 세우고 갑판 중앙에 따로 지휘소인 2층 누각을 설치하고 있다. 상장의 너비가 하체의 너비보다는 약간 넓어서 노는 그 사이를 통하여 밑으로 뻗어내려 있다. 판옥선은 가목 위에 깔아 놓은 배 안의 갑판과 상장 위에 깔아 놓은 상장 갑판의 두 개의 갑판을 가진 2층구조로 된 전투함이다. 그러므로 노역을 하는 격군들은 아래 위 두 갑판 사이의 안전한 장소에서 적에게 노출되지 않은 채 안심하고 노를 젓고, 군사들은 상장갑판 위 넓고 높은 장소에 자리잡고 싸우기에 유리한 위치에서 전투에 임할 수 있었다.

 https://m.blog.naver.com/with_msip/221643624879

흠경각 옥루는 자동물시계에 태양 운행 장치를 결합하 여 대단히 작고 정밀하게 만든 것으로, 시•경• 점을 모두 청각과 시각으로 확인할 수 있도록 만든 것이었습니다.

그와 더불어 기기를 설치하고《빈풍도》를 벌려 놓아서 천도의 차고 이지러지는 이치를 보고 백 성이 농사짓는 어려움을 볼 수 있게 하였는데, 이는 당시 백성의 삶의 질을 높이는 것을 농본정치의 최우선으 로 하는 세종의 꿈을 담은 것입니다.

에너지하베스팅 개발목적

https://m.cafe.naver.com/careerpath19/2818 

에너지 하베스팅의 주된 목적은 배터리의 사용을 최소화하거나 배터리를 완전히 대체하여 지속 가능한 에너지 설루션을 제공함으로써 지속 가능한 개발을 지원합니다.

옥루 과학적 원리

https://contents.history.go.kr/mobile/km/view.do?levelId=km_015_0040_0050_0010#:~:text=%EB%AC%BC%EC%9D%84%20%EB%8C%80%EB%8A%94%20%EB%AC%BC%ED%86%B5%EC%9D%98%20%EC%88%98%EB%A9%B4%EC%9D%B4%20%EC%9D%BC%EC%A0%95%ED%95%98%EB%A9%B4%20%EC%88%98%EC%95%95%EC%9D%B4%20%EC%9D%BC%EC%A0%95%ED%95%98%EA%B2%8C,%EB%AC%BC%ED%86%B5%EC%9D%98%20%ED%8A%B9%EC%A0%95%20%EB%86%92%EC%9D%B4%EC%97%90%20%EA%B5%AC%EB%A9%8D%EC%9D%84%20%EB%9A%AB%EC%96%B4%20%EB%86%93%EB%8A%94%20%EB%B0%A9%EC%8B%9D%EC%9D%B4%EB%8B%A4.

https://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2019/09/18/2019091803350.html 

에너지하베스팅 과학적 원리

https://www.chemidream.com/1868 

1.광전 효과 - 광전효과는 아인슈타인이 빛의 입자성을 이용하여 설명한 현상인데요. 금속 등의 물질에 일정한 진동수 이상의 빛을 비췄을 때, 물질의 표면에서 전자가 튀어나오는 현상을 말합니다. 이런 현상은 태양전지에 주로 사용되는데요. 서로 다른 성질을 가진 P형 반도체와 N형 반도체의 접합을 통해 외부에서 흡수된 빛 때문에 발생한 전자와 정공이 이동하면서 회로에 전류가 흐르는 방식입니다. 

2.열전효과

광전효과가 열에 의한 것이라면 열전효과는 말 그대로 열에 의한 것입니다. 물체에 온도 차가 발생하면 온도가 높은 쪽은 높은 운동에너지를 갖게 되고, 높은 운동에너지를 갖은 쪽에서 운동에너지가 낮은 쪽, 즉 온도가 낮은 쪽으로 이동하는 열 흐름이 발생하며 전류가 생기는 것입니다. 이런 열전효과는 온도 차가 클수록 전기도 세게 나타납니다. 이런 방식은 가정용 와인냉장고나 소형 화장품 냉장고 등에 널리 사용되고 있습니다. 

3.압전효과

앞의 두 방식과는 달리 압전효과는 압력에 의한 생성되는 원리입니다. 힘을 가해 어떤 물질을 누르면 양전하와 음전화가 나뉘는 유전 분극 현상이 일어납니다. 이때 표면의 전하 밀도가 변하면서 전기가 흐르는 현상이 압전효과가 나타나게 됩니다. 이런 현상을 이용한 대표적인 생활용품이 바로 전기 라이터인데요. 전기 라이터를 켜기 위해 우리가 하는 행동을 잘 생각해보시면 됩니다. 라이터 상단에 위치한 버튼을 압력을 가해 눌러주면 라이터 내부의 망치가 압전소자를 때리게 되고, 그로 인해 발생한 스파크(전류)를 통해 가스를 점화시키는 것

과학적 개념

동력-동력은 기계를 움직이기 위해 필요한 에너지이다. 동적 성능 등의 경우 일률을 의미한다. 동력장치가 없거나 동력을 사용하지 않는 것은 무동력으로 부른다

중력-질량을 가지고 있는 모든 물체가 서로 잡아당기는 힘.

유체(액체 또는 기체)의 운동을 연구하는 학문. 움직임을 연구하는 유체동역학(과 정적인 상태를 연구하는 유체정역학으로 나뉠 수 있다.

1. 천체 위치 측정: 간의는 천체의 위치를 정밀하게 측정하는 도구로 설계됨. 태양, 달, 별 등 천체의 이동 경로와 위치(좌표)를 파악하는 데 사용됨. 황도좌표계(태양 중심 좌표계)와 적도좌표계(지구 중심 좌표계)를 모두 사용할 수 있도록 구성되었음.

2. 역법(달력) 제작 및 보정: 측정된 천체 좌표는 칠정산(조선의 역법서) 제작에 활용됨. 기존 중국 역법과의 차이를 보완해 조선의 천문 환경에 맞는 역법을 완성하는 데 중요한 역할을 함.

3. 시간과 절기 계산: 천체의 이동을 기준으로 하루 중 시간, 1년의 절기, 계절 변화 등을 계산함. 농경 사회에서의 절기 예측, 제사 및 국가 행사 일정 수립 등 실생활과 국가 운영에 직접적 기여.

4. 과학적 실용성과 독창성: 간의는 단지 의례적·형식적 기구가 아니라 실제 측정과 계산에 사용되는 과학 장비였음. 조선은 이를 통해 중국과는 다른 독자적 천문 체계와 과학적 전통을 발전시킴.

   출처 사이언스 온 조선시대 간의대의 배치와 척도에 대한 추정(논문)

   https://scienceon.kisti.re.kr/commons/util/orgDocDown.do?url=/soc_img/society/kastros/CMHHCI/2011/v26n3/CMHHCI_2011_v26n3_115.pdf&ex=pdf&filename=%EC%A1%B0%EC%84%A0%EC%8B%9C%EB%8C%80%EA%B0%84%EC%9D%98%EB%8C%80%EC%9D%98%EB%B0%B0%EC%B9%98%EC%99%80%EC%B2%99%EB%8F%84%EC%97%90%EB%8C%80%ED%95%9C%EC%B6%94%EC%A0%95&cn=JAKO201129349656336

   허블우주망원경 개발목적

   1. 지구 대기의 광학 왜곡 극복

• 지구 대기는 별빛을 왜곡시켜 망원경의 해상도를 제한함.

• 허블은 대기권 밖에서 관측함으로써 별빛의 왜곡 없이 선명한 이미지 확보 가능.

  2. 지상에서는 관측이 어려운 파장대의 우주 관측

• 적외선, 자외선, 감마선, X선 등은 대기에 의해 차단되어 지상에서는 관측 불가능.

• 우주망원경을 통해 이러한 파장대의 천체를 직접 관측 가능.

  3. 기존 지상 망원경의 한계를 근본적으로 해결

• 지상에서 아무리 큰 망원경을 만들고 기술을 개선해도 대기의 물리적 한계는 극복 불가.

• 허블은 이 문제를 '지구 바깥으로 나감'으로써 원천적으로 해결하고자 개발됨.

  출처 - NASA Science

  https://science.nasa.gov/mission/hubble/overview/the-history-of-hubble/

  1. 지구 대기의 왜곡 없이 정밀한 우주 관측

• 대기권 밖에서 작동함으로써 별빛 왜곡 없이 높은 해상도의 관측을 가능하게 하기 위함.

  2. 우주의 팽창 속도(허블 상수) 정밀 측정

• 허블 상수를 정밀하게 측정함으로써 우주의 나이와 크기를 더 정확히 이해하려는 목적.

  3. 성간 물질, 은하 형성, 별 탄생 등 근본적 우주 과정 연구

• 우주의 진화, 성간 가스의 흐름, 은하 구조, 블랙홀 등 우주의 기본적인 물리 과정들을 정밀 분석.

  4. 자외선 및 기타 스펙트럼 영역의 직접 관측

• 지구 대기에 의해 차단되는 자외선 영역을 포함한 다중 파장대 관측을 가능하게 함.

  출처 - Creation of the Hubble Space Telescope 논문

  https://link.springer.com/article/10.1007/s10686-008-9130-9

  활용용도

  허블 우주망원경은 우주의 초기 구조를 밝히고, 은하와 별의 형성과 진화를 관찰하며, 자외선 대역을 이용해 성간 매질을 연구하는 데 활용되었다. 또한, 예상치 못한 천문 현상을 고해상도로 포착함으로써 새로운 천문학적 발견을 가능하게 하는 데 기여하였다.

  출처 - Creation of the Hubble Space Telescope 논문

  https://link.springer.com/article/10.1007/s10686-008-9130-9

일성정시의는 조선 세종 시대에 만들어진 천문 시계로 낮과 밤 모두 시간을 알 수 있도록 발명된 과학적 기구이다. 이 기구의 핵심적인 원리는 태양과 별의 규칙적인 운동, 즉 천구의 운동을 이용해 시간을 측정하는 것이다.

낮에는 해시계의 원리가 적용된다. 태양은 하루 동안 동쪽에서 서쪽으로 일정한 속도로 이동하며 이러한 움직임은 천구의 적도를 따라 진행된다. 일성정시의는 태양의 위치 변화에 따라 생기는 그림자나 빛의 줄기를 이용하여 시간을 측정한다. 사용자는 해가 만들어내는 그림자나 빛줄기를 기구의 실과 일직선이 되게 맞추고 눈금을 읽어 시간을 알 수 있다. 이때 시간은 100각으로 나누어 하루를 100등분하는 방법으로 아주 정밀한 측정이 가능하다.

밤에는 별시계의 원리가 적용된다. 별들은 지구 자전에 의해 북극성을 중심으로 규칙적으로 움직인다. 일성정시의는 북극성과 그 주변 별(북두칠성 등)이 일정한 속도로 밤하늘을 도는 항성시의 원리를 활용합니다. 이때 항성시란 지구가 자전하면서 밤하늘의 별(항성)이 다시 같은 위치에 오기까지 걸리는 시간이라고 한다. 사용자는 별이 기구의 실과 일직선이 될 때의 위치를 미리 계산해 두고  실제로 별의 위치를 맞춰 눈금을 읽어 시간을 알 수 있다. 별의 운동은 매일 약 4분씩 빨라지기 때문에 별시계 눈금을 매일 조정하여 오차를 수정한다.

이처럼 일성정시의는 지구의 자전에 태양과 별의 겉보기 운동이라는 천문학적 원리를 기계적으로 표현한 장치이다. 해와 별의 위치를 정밀하게 관측하고 이를 바탕으로 시간을 균등하게 나누어 표시함으로써 조선 시대에도 매우 정확한 시간 측정이 가능했다. 이러한 원리는 현대 천문학의 기초와도 연결되며, 조선의 천문학과 과학기술 수준이 높았음을 보여준다.

( 출처- https://www.google.com/search?q=About+https://encykorea.aks.ac.kr/Article/E0047244?utm_source=perplexity&gsas=1&tbm=ilp)

( https://contents.history.go.kr/front/km/print.do?levelId=km_015_0040_0040_0030&whereStr=) ( https://sillok.history.go.kr/id/kda_11904015_003 )

원자 시계의 원리

원자 시계는 원자가 아주 규칙적으로 진동하는 성질을 이용해 시간을 재는 매우 정확한 시계이다. 예를 들어 세슘 원자 시계는 세슘-133 원자의 전자가 두 가지 상태 사이를 오갈 때 꼭 정해진 진동수의 전자기파(마이크로파)를 흡수하거나 내보내는 성질을 사용한다. 시계는 세슘 원자에 마이크로파를 쏘아, 전자가 상태를 바꿀 때 일어나는 변화를 감지하고 이 변화가 가장 잘 일어나는 진동수를 찾아낸다. 세슘 원자가 딱 9,192,631,770번 진동하는 데 걸리는 시간을 1초로 정해서 그 기준에 따라 시간을 센다. 이렇게 원자 시계는 자연에 있는 원자의 변하지 않는 성질을 이용하기 때문에 환경 변화에도 거의 영향을 받지 않고 아주 오랫동안 정확하게 시간을 측정할 수 있고 현재 우리가 쓰는 국제 표준시도 바로 이 원자 시계를 기준으로 삼고 있다.

( 출처- https://m.dongascience.com/news.php?idx=52448 )

( https://horizon.kias.re.kr/21614/ )

이 두 기술의 차이점 비교

일성정시의는 해와 별이 하늘을 움직이는 모습을 관찰해 시간을 재는 시계로 낮에는 태양의 위치와 그림자를 이용한 해시계 원리, 밤에는 북극성 등 별의 위치 변화를 이용한 별시계 원리를 사용한다. 즉, 천체의 규칙적인 움직임을 눈으로 보고 시간을 측정하는 방식이다. 반면, 원자 시계는 세슘 원자와 같은 특정 원자가 내는 아주 일정한 진동수를 이용해 시간을 재고 세슘 원자가 9,192,631,770번 진동하는 데 걸리는 시간을 1초로 정해 그 기준으로 시간을 센다. 이처럼 일성정시의는 천체의 움직임을 관찰해 시간을 재는 방법이고 원자 시계는 원자의 변하지 않는 진동을 이용하여 훨씬 더 정밀하게 시간을 측정하는 현대적인 방법이다.

일성정시의 활용용도

일성정시의는 조선 세종 시대에 개발된 천문시계로, 낮에는 태양, 밤에는 별을 관측하여 정확하게 시각을 측정할 수 있는 기구였다. 이 기구의 가장 큰 특징은 주야간 모두 시간 측정이 가능하다는 점으로, 기존의 해시계(낮에만 사용 가능)와 물시계(이동이 어려움)의 한계를 보완했다. 일성정시의는 왕실과 관청에서 공식 시간을 정하는 데 사용되었고, 자격루(물시계)나 앙부일구(해시계) 등 다른 시계들의 시간을 교정하는 기준 역할을 했다. 또한, 천체의 움직임을 관찰하고 기록하여 정확한 달력(역법) 제작에 활용되었고, 계절 변화와 기상 예측에도 중요한 자료를 제공했다. 이동이 용이해 지방의 관측소나 행정 기관에도 배치되어, 전국적으로 표준 시간을 관리하고 행정 업무의 효율성을 높이는 데 기여했다. 이러한 기능 덕분에 일성정시의는 조선 시대 과학기술의 발전과 국가 운영의 체계화에 중요한 역할을 한 과학 기구로 평가받고 있다.

( https://contents.history.go.kr/front/km/print.do?levelId=km_015_0040_0040_0030&whereStr=)

원자 시계 활용용도

원자시계는 원자의 진동수를 이용해 극도로 정밀하게 시간을 측정하는 시계이다. GPS와 같은 위성항법 시스템에서 정확한 위치 계산을 위해 필수적으로 사용되고 인터넷과 통신망의 데이터 동기화, 금융 거래의 시간 기록, 초정밀 과학 실험, 표준시 제공 등 다양한 분야에 활용된다. 예를 들어, GPS 위성에는 원자시계가 탑재되어 위치 정보의 정확도를 높이고, 초고속 금융 거래에서는 거래 시각을 밀리초 이하로 기록하며, 인터넷 서버 간 데이터 전송 동기화에도 활용된다. 또한, 심우주 탐사선의 정밀 제어, 전파 천문학, 상대성 이론 검증, 양자역학 실험 등 첨단 과학 연구와 군사 분야에도 필수적이며, 표준 전파를 통해 전 세계에 정확한 시간 정보를 제공해 각종 전자기기와 시스템의 오차를 보정하는 역할도 한다.

( https://www.google.com/search?q=About+https://www.chosun.com/economy/science/2025/01/10/SRJ4CLFQP7A33S2F6ABLKQQ2RE/&gsas=1&tbm=ilp )

( https://m.dongascience.com/news.php?idx=52448 )

일성정시의는 조선 세종 시대에 만들어진 천문 시계로 낮과 밤 모두 시간을 알 수 있도록 발명된 과학적 기구이다. 이 기구의 핵심적인 원리는 태양과 별의 규칙적인 운동, 즉 천구의 운동을 이용해 시간을 측정하는 것이다.

낮에는 해시계의 원리가 적용된다. 태양은 하루 동안 동쪽에서 서쪽으로 일정한 속도로 이동하며 이러한 움직임은 천구의 적도를 따라 진행된다. 일성정시의는 태양의 위치 변화에 따라 생기는 그림자나 빛의 줄기를 이용하여 시간을 측정한다. 사용자는 해가 만들어내는 그림자나 빛줄기를 기구의 실과 일직선이 되게 맞추고 눈금을 읽어 시간을 알 수 있다. 이때 시간은 100각으로 나누어 하루를 100등분하는 방법으로 아주 정밀한 측정이 가능하다.

밤에는 별시계의 원리가 적용된다. 별들은 지구 자전에 의해 북극성을 중심으로 규칙적으로 움직인다. 일성정시의는 북극성과 그 주변 별(북두칠성 등)이 일정한 속도로 밤하늘을 도는 항성시의 원리를 활용합니다. 이때 항성시란 지구가 자전하면서 밤하늘의 별(항성)이 다시 같은 위치에 오기까지 걸리는 시간이라고 한다. 사용자는 별이 기구의 실과 일직선이 될 때의 위치를 미리 계산해 두고  실제로 별의 위치를 맞춰 눈금을 읽어 시간을 알 수 있다. 별의 운동은 매일 약 4분씩 빨라지기 때문에 별시계 눈금을 매일 조정하여 오차를 수정한다.

이처럼 일성정시의는 지구의 자전에 태양과 별의 겉보기 운동이라는 천문학적 원리를 기계적으로 표현한 장치이다. 해와 별의 위치를 정밀하게 관측하고 이를 바탕으로 시간을 균등하게 나누어 표시함으로써 조선 시대에도 매우 정확한 시간 측정이 가능했다. 이러한 원리는 현대 천문학의 기초와도 연결되며, 조선의 천문학과 과학기술 수준이 높았음을 보여준다.

( 출처- https://www.google.com/search?q=About+https://encykorea.aks.ac.kr/Article/E0047244?utm_source=perplexity&gsas=1&tbm=ilp)

( https://contents.history.go.kr/front/km/print.do?levelId=km_015_0040_0040_0030&whereStr=) ( https://sillok.history.go.kr/id/kda_11904015_003 )

원자 시계의 원리

원자 시계는 원자가 아주 규칙적으로 진동하는 성질을 이용해 시간을 재는 매우 정확한 시계이다. 예를 들어 세슘 원자 시계는 세슘-133 원자의 전자가 두 가지 상태 사이를 오갈 때 꼭 정해진 진동수의 전자기파(마이크로파)를 흡수하거나 내보내는 성질을 사용한다. 시계는 세슘 원자에 마이크로파를 쏘아, 전자가 상태를 바꿀 때 일어나는 변화를 감지하고 이 변화가 가장 잘 일어나는 진동수를 찾아낸다. 세슘 원자가 딱 9,192,631,770번 진동하는 데 걸리는 시간을 1초로 정해서 그 기준에 따라 시간을 센다. 이렇게 원자 시계는 자연에 있는 원자의 변하지 않는 성질을 이용하기 때문에 환경 변화에도 거의 영향을 받지 않고 아주 오랫동안 정확하게 시간을 측정할 수 있고 현재 우리가 쓰는 국제 표준시도 바로 이 원자 시계를 기준으로 삼고 있다.

( 출처- https://m.dongascience.com/news.php?idx=52448 )

( https://horizon.kias.re.kr/21614/ )

이 두 기술의 차이점 비교

일성정시의는 해와 별이 하늘을 움직이는 모습을 관찰해 시간을 재는 시계로 낮에는 태양의 위치와 그림자를 이용한 해시계 원리, 밤에는 북극성 등 별의 위치 변화를 이용한 별시계 원리를 사용한다. 즉, 천체의 규칙적인 움직임을 눈으로 보고 시간을 측정하는 방식이다. 반면, 원자 시계는 세슘 원자와 같은 특정 원자가 내는 아주 일정한 진동수를 이용해 시간을 재고 세슘 원자가 9,192,631,770번 진동하는 데 걸리는 시간을 1초로 정해 그 기준으로 시간을 센다. 이처럼 일성정시의는 천체의 움직임을 관찰해 시간을 재는 방법이고 원자 시계는 원자의 변하지 않는 진동을 이용하여 훨씬 더 정밀하게 시간을 측정하는 현대적인 방법이다.

일성정시의 활용용도

일성정시의는 조선 세종 시대에 개발된 천문시계로, 낮에는 태양, 밤에는 별을 관측하여 정확하게 시각을 측정할 수 있는 기구였다. 이 기구의 가장 큰 특징은 주야간 모두 시간 측정이 가능하다는 점으로, 기존의 해시계(낮에만 사용 가능)와 물시계(이동이 어려움)의 한계를 보완했다. 일성정시의는 왕실과 관청에서 공식 시간을 정하는 데 사용되었고, 자격루(물시계)나 앙부일구(해시계) 등 다른 시계들의 시간을 교정하는 기준 역할을 했다. 또한, 천체의 움직임을 관찰하고 기록하여 정확한 달력(역법) 제작에 활용되었고, 계절 변화와 기상 예측에도 중요한 자료를 제공했다. 이동이 용이해 지방의 관측소나 행정 기관에도 배치되어, 전국적으로 표준 시간을 관리하고 행정 업무의 효율성을 높이는 데 기여했다. 이러한 기능 덕분에 일성정시의는 조선 시대 과학기술의 발전과 국가 운영의 체계화에 중요한 역할을 한 과학 기구로 평가받고 있다.

( https://contents.history.go.kr/front/km/print.do?levelId=km_015_0040_0040_0030&whereStr=)

원자 시계 활용용도

원자시계는 원자의 진동수를 이용해 극도로 정밀하게 시간을 측정하는 시계이다. GPS와 같은 위성항법 시스템에서 정확한 위치 계산을 위해 필수적으로 사용되고 인터넷과 통신망의 데이터 동기화, 금융 거래의 시간 기록, 초정밀 과학 실험, 표준시 제공 등 다양한 분야에 활용된다. 예를 들어, GPS 위성에는 원자시계가 탑재되어 위치 정보의 정확도를 높이고, 초고속 금융 거래에서는 거래 시각을 밀리초 이하로 기록하며, 인터넷 서버 간 데이터 전송 동기화에도 활용된다. 또한, 심우주 탐사선의 정밀 제어, 전파 천문학, 상대성 이론 검증, 양자역학 실험 등 첨단 과학 연구와 군사 분야에도 필수적이며, 표준 전파를 통해 전 세계에 정확한 시간 정보를 제공해 각종 전자기기와 시스템의 오차를 보정하는 역할도 한다.

( https://www.google.com/search?q=About+https://www.chosun.com/economy/science/2025/01/10/SRJ4CLFQP7A33S2F6ABLKQQ2RE/&gsas=1&tbm=ilp )

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천문학 / 우주과학

천동설(지구 중심설)을 바탕으로 별, 태양, 달의 움직임 시뮬레이션

절기와 시간 계산에 천체 운동 주기 적용

기계공학

정교한 기어와 회전축 설계로 천체 운동 구현

수동 기계장치지만 높은 정밀도 유지

수학

기어비와 회전체 각도 계산

삼각법 활용해 천체의 고도, 방위각 측정

물리학 / 전파 과학

별도의 물리학적 이론 적용 없음

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GPS에 활용된 과학 기술

천문학 / 우주과학

지구 중심 좌표계 사용중심

지구 자전과 공전 등 궤도 역학 고려

수학

삼변측량(trilateration)을 통한 거리 계산

벡터 및 행렬 연산, 미분방정식 이용한 위치 산출

물리학 / 전파 과학

전파 시간차를 이용한 거리 측정

상대성 이론 반영하여 위성 시계 보정

기계공학

직접적인 기계장치는 없으나 위성 제작과 우주공학 기술 적용

혼천의 관련 출처

1. 국립중앙과학관 - 혼천의 소개

설명: 조선 시대 혼천의의 제작 배경, 구조, 기능에 관한 자세한 자료

링크: https://www.science.go.kr/ (국립중앙과학관 검색창에 ‘혼천의’ 검색 추천)

2. 한국민족문화대백과 - 혼천의

설명: 혼천의의 역사적 의미와 천문학적 원리 설명

링크: https://encykorea.aks.ac.kr/Article/E0056140

3. 한국과학사 - 조선시대 과학기술 (책 또는 논문)

설명: 조선 시대 기계공학과 수학적 기법, 혼천의 관련 내용 포함

참고: 도서관 또는 학술 DB 검색 필요

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GPS 관련 출처

1. 미국항공우주국 NASA - GPS 개요

설명: GPS 기술의 원리, 위성 시스템, 전파 이용 방식 등 상세 설명

링크: https://www.nasa.gov/directorates/heo/scan/communications/policy/GPS.html

2. 미국 국방부 - GPS 공식 사이트

설명: GPS의 역사, 기술, 응용 사례 설명

링크: https://www.gps.gov/

3. 한국항공우주연구원 - GPS 위성항법 시스템

설명: GPS 과학기술과 위성 공학 관련 한국어 자료

링크: https://www.kari.re.kr/kor/sub03_03_01.do

4. 과학기술정보통신부 - GPS 관련 자료

설명: 국내 GPS 활용 현황 및 기술적 원리

링크: https://www.msit.go.kr/

1. 천체 위치 측정: 간의는 천체의 위치를 정밀하게 측정하는 도구로 설계됨. 태양, 달, 별 등 천체의 이동 경로와 위치(좌표)를 파악하는 데 사용됨. 황도좌표계(태양 중심 좌표계)와 적도좌표계(지구 중심 좌표계)를 모두 사용할 수 있도록 구성되었음.

2. 역법(달력) 제작 및 보정: 측정된 천체 좌표는 칠정산(조선의 역법서) 제작에 활용됨. 기존 중국 역법과의 차이를 보완해 조선의 천문 환경에 맞는 역법을 완성하는 데 중요한 역할을 함.

3. 시간과 절기 계산: 천체의 이동을 기준으로 하루 중 시간, 1년의 절기, 계절 변화 등을 계산함. 농경 사회에서의 절기 예측, 제사 및 국가 행사 일정 수립 등 실생활과 국가 운영에 직접적 기여.

4. 과학적 실용성과 독창성: 간의는 단지 의례적·형식적 기구가 아니라 실제 측정과 계산에 사용되는 과학 장비였음. 조선은 이를 통해 중국과는 다른 독자적 천문 체계와 과학적 전통을 발전시킴.

   출처 사이언스 온 조선시대 간의대의 배치와 척도에 대한 추정(논문)

   https://scienceon.kisti.re.kr/commons/util/orgDocDown.do?url=/soc_img/society/kastros/CMHHCI/2011/v26n3/CMHHCI_2011_v26n3_115.pdf&ex=pdf&filename=%EC%A1%B0%EC%84%A0%EC%8B%9C%EB%8C%80%EA%B0%84%EC%9D%98%EB%8C%80%EC%9D%98%EB%B0%B0%EC%B9%98%EC%99%80%EC%B2%99%EB%8F%84%EC%97%90%EB%8C%80%ED%95%9C%EC%B6%94%EC%A0%95&cn=JAKO201129349656336

   허블우주망원경 개발목적

   1. 지구 대기의 광학 왜곡 극복

• 지구 대기는 별빛을 왜곡시켜 망원경의 해상도를 제한함.

• 허블은 대기권 밖에서 관측함으로써 별빛의 왜곡 없이 선명한 이미지 확보 가능.

  2. 지상에서는 관측이 어려운 파장대의 우주 관측

• 적외선, 자외선, 감마선, X선 등은 대기에 의해 차단되어 지상에서는 관측 불가능.

• 우주망원경을 통해 이러한 파장대의 천체를 직접 관측 가능.

  3. 기존 지상 망원경의 한계를 근본적으로 해결

• 지상에서 아무리 큰 망원경을 만들고 기술을 개선해도 대기의 물리적 한계는 극복 불가.

• 허블은 이 문제를 '지구 바깥으로 나감'으로써 원천적으로 해결하고자 개발됨.

  출처 - NASA Science

  https://science.nasa.gov/mission/hubble/overview/the-history-of-hubble/

  1. 지구 대기의 왜곡 없이 정밀한 우주 관측

• 대기권 밖에서 작동함으로써 별빛 왜곡 없이 높은 해상도의 관측을 가능하게 하기 위함.

  2. 우주의 팽창 속도(허블 상수) 정밀 측정

• 허블 상수를 정밀하게 측정함으로써 우주의 나이와 크기를 더 정확히 이해하려는 목적.

  3. 성간 물질, 은하 형성, 별 탄생 등 근본적 우주 과정 연구

• 우주의 진화, 성간 가스의 흐름, 은하 구조, 블랙홀 등 우주의 기본적인 물리 과정들을 정밀 분석.

  4. 자외선 및 기타 스펙트럼 영역의 직접 관측

• 지구 대기에 의해 차단되는 자외선 영역을 포함한 다중 파장대 관측을 가능하게 함.

  출처 - Creation of the Hubble Space Telescope 논문

  https://link.springer.com/article/10.1007/s10686-008-9130-9

  활용용도

  허블 우주망원경은 우주의 초기 구조를 밝히고, 은하와 별의 형성과 진화를 관찰하며, 자외선 대역을 이용해 성간 매질을 연구하는 데 활용되었다. 또한, 예상치 못한 천문 현상을 고해상도로 포착함으로써 새로운 천문학적 발견을 가능하게 하는 데 기여하였다.

  출처 - Creation of the Hubble Space Telescope 논문

  https://link.springer.com/article/10.1007/s10686-008-9130-9

1. 지구 대기의 영향 제거

•지구 대기는 별빛을 왜곡하거나 차단합니다.

• 허블은 대기 밖, 약 547km 상공 궤도에서 깨끗하고 선명한 우주 이미지를 촬영할 수 있도록 설계되었습니다.

2. 우주 과학의 주요 난제 해결

• 우주의 팽창 속도 측정 (허블 상수): 우주의 나이와 구조 이해에 핵심.

• 별과 은하의 형성과 진화 과정 연구.

• 우주의 대규모 구조 및 암흑에너지 관련 탐색.

3. 지속 가능한 고성능 우주 관측

• 설계 초기부터 교체 가능한 장비 탑재로, 오랜 기간 다양한 관측 가능.

• 우주왕복선을 통한 정비 임무(총 5회) 수행.

(2)허블 우주망원경의 활용 용도

1. 광범위한 파장대 관측

• 근자외선, 가시광선, 근적외선 영역을 관측.

• 은하, 성운, 별, 외계행성계 등 다양한 천체를 고해상도로 촬영.

2. 우주의 팽창 및 나이 측정

• 먼 천체들의 거리와 속도를 측정해, 우주의 나이(약 138억 년) 추정에 기여.

3. 암흑에너지와 암흑물질 연구

• 초신성 관측으로 우주의 가속 팽창 확인 → 암흑에너지 개념 등장.

• 중력렌즈 효과 분석으로 암흑물질 분포 간접 관측.

4. 외계 행성과 원시행성계 관측

• 항성 주위의 먼지 원반이나 행성계 형성 과정을 촬영.

5. 허블 딥 필드(HDF), 울트라 딥 필드(UDF)

• 수십억 광년 거리의 초기 우주 은하들을 관측.

• 현재까지 인류가 본 가장 오래되고 먼 우주 이미지 중 하나를 제공.

(3)한계점 및 기술적 제약

1. 부품 노후화 및 정비 불가능

• 1990년 발사 이후 시간이 지나면서 센서, 전자장비, 광학 부품 노후화.

• 2011년 우주왕복선 퇴역 이후, 더 이상 물리적 정비 불가능 → 소프트웨어 업그레이드만 가능.

2. 초기 광학 결함

• 주거울의 연마 오류로 인해 이미지가 흐림 → 1993년 정비 임무로 수정 광학 장치 설치.

3. 관측 파장의 제한

• 자외선가시광근적외선까지만 관측 가능.

• 중적외선 이상은 관측 불가하여, 제임스 웹 우주망원경(JWST) 등의 후속 망원경이 보완.

4. 최신 망원경과의 성능 격차

• JWST는 더 넓은 파장대, 더 깊은 우주 관측, 더 높은 해상도를 지원함.

• 허블은 주로 가시광선 중심의 정밀 이미지 관측에 초점.

1. 지구 대기의 영향 제거

•지구 대기는 별빛을 왜곡하거나 차단합니다.

• 허블은 대기 밖, 약 547km 상공 궤도에서 깨끗하고 선명한 우주 이미지를 촬영할 수 있도록 설계되었습니다.

2. 우주 과학의 주요 난제 해결

• 우주의 팽창 속도 측정 (허블 상수): 우주의 나이와 구조 이해에 핵심.

• 별과 은하의 형성과 진화 과정 연구.

• 우주의 대규모 구조 및 암흑에너지 관련 탐색.

3. 지속 가능한 고성능 우주 관측

• 설계 초기부터 교체 가능한 장비 탑재로, 오랜 기간 다양한 관측 가능.

• 우주왕복선을 통한 정비 임무(총 5회) 수행.

허블 우주망원경의 활용 용도

1. 광범위한 파장대 관측

• 근자외선, 가시광선, 근적외선 영역을 관측.

• 은하, 성운, 별, 외계행성계 등 다양한 천체를 고해상도로 촬영.

2. 우주의 팽창 및 나이 측정

• 먼 천체들의 거리와 속도를 측정해, 우주의 나이(약 138억 년) 추정에 기여.

3. 암흑에너지와 암흑물질 연구

• 초신성 관측으로 우주의 가속 팽창 확인 → 암흑에너지 개념 등장.

• 중력렌즈 효과 분석으로 암흑물질 분포 간접 관측.

4. 외계 행성과 원시행성계 관측

• 항성 주위의 먼지 원반이나 행성계 형성 과정을 촬영.

5. 허블 딥 필드(HDF), 울트라 딥 필드(UDF)

• 수십억 광년 거리의 초기 우주 은하들을 관측.

• 현재까지 인류가 본 가장 오래되고 먼 우주 이미지 중 하나를 제공.

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한계점 및 기술적 제약

1. 부품 노후화 및 정비 불가능

• 1990년 발사 이후 시간이 지나면서 센서, 전자장비, 광학 부품 노후화.

• 2011년 우주왕복선 퇴역 이후, 더 이상 물리적 정비 불가능 → 소프트웨어 업그레이드만 가능.

2. 초기 광학 결함

• 주거울의 연마 오류로 인해 이미지가 흐림 → 1993년 정비 임무로 수정 광학 장치 설치.

3. 관측 파장의 제한

• 자외선가시광근적외선까지만 관측 가능.

• 중적외선 이상은 관측 불가하여, 제임스 웹 우주망원경(JWST) 등의 후속 망원경이 보완.

4. 최신 망원경과의 성능 격차

• JWST는 더 넓은 파장대, 더 깊은 우주 관측, 더 높은 해상도를 지원함.

• 허블은 주로 가시광선 중심의 정밀 이미지 관측에 초점.

1. 각거리 등분법의 정밀도 한계

각거리 등분법에서는 지름과 원주를 기준으로 각도를 계산한다. 예를 들어, 지름 3.49자의 원에 원주율 3.14를적용하면 원의 둘레는 약 10.96자가 된다.

이 둘레를 기준으로 360등분하면 1도당 약 0.0304자(약 3푼)의 간격으로 눈금을 나누게 된다.

하지만 실제 제작에서는 눈금을 정수 단위의 자나 품으로 나누어야 하므로, 소수점 이하 길이는 반영이 어려웠다. 이로 인해 각도 눈금 간격에 미세한 오차가 발생했고, 특히 28수(별자리)를 표시할 때는 평균 -0.005도, 최대±0.167도의 각도 오차가 나타났다.

2. 원주율 사용의 불완전성

당시 계산에서는 일반적으로 원주율 3을 사용하는 경우가 많았지만, 간의에서는 더 정밀한 파이

3.14가 사용된 흔적도 발견된다.

예를 들어, 간의의 실제 지름이 약 3.49자일 때,

원주율 3을 적용하면 둘레 = 3.49 x 3 = 10.47자

원주율 3.14를 적용하면 둘레 = 3.49 x 3.14 = 10.96자

그런데 문헌에는 혼상의 둘레를 10.86자로 기록하고 있다.

이는 계산상의 불일치를 보여주며, 기록 오류 혹은 계산법의 불완전성으로 해석된다.

기록 자료의 오류 또는 생략과 단위 변환 과정에서의 누적 오차 등

수학적으로 정확한 환을 만들기 위해서는 정밀한 원주율, 고정된 길이 단위, 정밀 도구가 모두 필요하지만, 당시의 기술 수준에서는 이를 완벽하게 구현하기 어려웠다는 점에서 한계가 있다.

이처럼 간의는, 각거리 등분법의 근본적인 계산 구조와 정밀 도구 부족으로 인해 일정한 정확도 이상의 정밀성 확보에는 한계가 있었다.

https://harg.kasi.re.kr/pro_plus/down/workshopsummary/5thproceeding.pdf

겨레과학 연구회 2회 민병희 2. 원주율 사용의 불완전성

당시 계산에서는 일반적으로 원주율 3을 사용하는 경우가 많았지만, 간의에서는 더 정밀한 파이

3.14가 사용된 흔적도 발견된다.

예를 들어, 간의의 실제 지름이 약 3.49자일 때,

원주율 3을 적용하면 둘레 = 3.49 x 3 = 10.47자

원주율 3.14를 적용하면 둘레 = 3.49 x 3.14 = 10.96자

그런데 문헌에는 혼상의 둘레를 10.86자로 기록하고 있다.

이는 계산상의 불일치를 보여주며, 기록 오류 혹은 계산법의 불완전성으로 해석된다.

기록 자료의 오류 또는 생략과 단위 변환 과정에서의 누적 오차 등

수학적으로 정확한 환을 만들기 위해서는 정밀한 원주율, 고정된 길이 단위, 정밀 도구가 모두 필요하지만, 당시의 기술 수준에서는 이를 완벽하게 구현하기 어려웠다는 점에서 한계가 있다.

이처럼 간의는, 각거리 등분법의 근본적인 계산 구조와 정밀 도구 부족으로 인해 일정한 정확도 이상의 정밀성 확보에는 한계가 있었다.

https://harg.kasi.re.kr/pro_plus/down/workshopsummary/5thproceeding.pdf

겨레과학 연구회 2회 민병희

현대기술 원리(허블 우주 망원경)

과거 천문 관측 도구인 간의는 천체의 위치를 측정하는 데 사용되고 있습니다. 현대에는 이를 대체하는 기술로 허블 우주 망원경이 있습니다. 허블 망원경은 지구 대기권 밖에서 자외선과 적외선을 포함한 다양한 파장의 빛을 관측하여 우주의 구조와 진화를 연구합니다. 

1. 우주 공간에서 빛을 모은다.

허블은 지구 대기권 밖 우주 궤도에 떠 있습니다. 대기가 없어서 빛이 흐려지거나 방해받지 않고, 우주에서 오는 빛을 아주 깨끗하게 받아들일 수 있습니다.

2. 거울로 빛을 모아 집중을 시킨다.

허블 안에는 크고 둥근 주거울 있습니다. 먼 별이나 은하에서 오는 빛을 이 거울이 받아서 한 곳에 집중시킵니다. 그 빛은 다시 부경아라는 작은 거울로 반사돼서 망원경 뒤쪽으로 전달됩니다.

3. 빛을 전기 신호로 바꿔서 사진을 찍는다.

빛은 망원경 안에 있는 카메라나 분관기 같은 장비에 닿습니다. 이 장비는 CCD라는 전자 센서로 빛을 전기 신호로 바꾸고, 컴퓨터가 이 신호를 모아서 이 신호를 모아서 우주 사진을 만듭니다.

https://harg.kasi.re.kr/pro_plus/down/200911/200911_093-109.pdf

2)간의 개발 목적

천체의 위치 관측을 위해

-> 해, 달, 별, 등의 위치를 정밀하게 측정하여 달력 제작과 천문 현상 예측에 활용했습니다.

역법 정확성 향상을 위해

-> 조선 초기에는 중국 역법을 따랐으나, 한국 고유의 천문 환경에 맞춘 정확한 역법 체계 확립을 위한 관측 도구가 필요했습니다.

농사와 국가 제례를 위한 시간 확인

전반적으로 한국천문연구원에서 발간한 천문기기 관련 문서에서는 천체의 정확한 위치를 측정하여 역법(달력)을 정교하게 만들고, 이를 바탕으로 시간과 절기를 정밀하게 계산해 왕실 및 국가의 의례, 농업, 시간 체계 등을 과학적으로 운영하기 위함입니다.

+별을 관측하기 위해서 -> 농사를 지으려면 언제 씨를 뿌리고, 언제 추수해야 하는지 알아야되서, 별과 해, 달의 움직임을 보면 계절의 흐름과 절기를 알 수 있고, 그래서 이를 바탕으로 별을 관측해서 역법(달력)을 만들었다. 별이나 해, 달이 평소와 다르게 보이면 흉조로 여겼다, 왕이 하늘의 이치를 안다는건 당시에는 백성에게 왕이 정당한 통치자라는 걸 보여주는 뜻이기도 해서 천문학은 단순한 과학이 아니라 정치적인 상징이기도 했음.

-한국천문연구원- https://harg.kasi.re.kr/pro_plus/down/200911/200911_093-109.pdf

3) 기구의 가장 아래에 있는 밑받침은 정제된 구리로 만들어졌고, 가장자리에 도랑(좁은 홈)을 파서 물을 채워 넣습니다. 물을 담긴 도랑은 언제나 수평을 유지하기 때문에,  기구 전체가 기울지 않게 정확히 설치할 수 있습니다. 이처럼 물의 수평 원리를 이용해 오차를 최소화하는 것입니다.

2.밑받침 위에는 기둥이 서 있고,그 기둥에는 3개의 고리(환)가 끼워져 있습니다. 그중 가장 안쪽에 있는 고리를 사유환이라고 합니다.

이 사유환은 동서 방향으로 돌릴 수 있고, 남북 방향으로 기울일 수도 있어서, 기구를 북극방향에 정확히 맞추는 데 사용됩니다. 기둥과 고리의 구조는 천구(하늘의 구면)와 일치하게 만들어져 있어, 별이 도는 방향과 정밀하게 맞추는 것이 가능합니다.

3.사유환 바깥에는 박각환이라는 고리가 있습니다. 낮에는 해시계처럼 태양의 위치를 이용해 시간을 알 수 있고, 밤에는 별이 하늘에서 특정 위치(자오선)를 지날 때의 시간을 읽을 수 있습니다. 이 눈금 덕분에 천체가 하늘에서 움직이는 정확한 시각을 분 단위로 알아낼 수 있습니다.

https://harg.kasi.re.kr/pro_plus/down/200911/200911_093-109.pdf

세종대왕이 간의와 간의대를 만든 것은 단순한 천문 기기 제작에 그치지 않고, 조선의 독자적인 천문 체계를 구축하려는 정치적•학문적·실용적 목적이 복합적으로 작용한 결과였다.

1. 농업 중심 정책을 위한 실용적 목적

세종은 "나라는 백성을 근본으로 삼고, 백성은 먹는 것을 하늘로 삼는다"고 하며, 농사가 곧 국정의 핵심임을 강조했다. 농업을 잘 운영하기 위해서는 정확한 절기와 계절의 변화, 즉 천문의 흐름을 파악하는 것이 필수였다.

이에 따라 하늘을 관측하여 풍년과 재해를 예측하고 백성에게 적절한 농사 시기를 알리기 위한 도구로서 간의가필요했던 것이다. 간의는 해, 달, 별의 위치를 정밀하게 측정하여 절기와 시간을 결정하는 역할을 했다.

2. 중국 중심 천문제도에서 벗어나기 위한 자주적 목적 세종은 우리나라 제도는 항상 중국을 따랐으나, 하늘을 관측하는 기구만은 이를 따르지 못했다"고 말하며, 조선 고유의 천문 체계 확립의 필요성을 강조했다. 간의의 제작은 중국의 제도를 답습하지 않고, 한양의 위도와 지역적 특성에 맞는 관측기기를 만들기 위한 시도였다.

이러한 독자적 천문기구 개발은 과학기술의 자립은 물론, 조선이 문화•과학적으로도 자주국임을 내외에 드러내는 상징적 의미를 가졌다.

3. 학문적 기반 구축과 기술 발전

세종은 학문과 기술 발전을 위해 집현전을 세우고, 장영실을 비롯한 전문가들을 등용했다. 일부는 중국에 파견되어 최신 천문학 기기를 관찰하고 배워왔으며, 이를 바탕으로 조선식 간의 제작이 가능했다.또한 세종은 직접 경연에서 신하들에게 천문학 연구를 지시하며, 정치와 학문을 연결하려 노력했다.

이러한 국가적 차원의 천문 연구는 관측 이론과 기기 제작 기술을 함께 발전시키는 기틀이 되었다.

4. 천문현상의 기록과 국정 반영

간의대는 단순히 기구를 설치하는 것이 아니라, 천문현상을 관측하고 이를 기록해 조정에 반영하는 기관으로서기능했다. 하늘의 움직임은 고대 동아시아에서 자연의 질서이자 정치의 정당성을 의미했기 때문에, 정확한 천문관측은 곧 국왕의 통치 정당성을 강화하는 수단이 되기되 했다.

5. 하늘에 대한 경외심과 상징적 의미

허블 우주망원경의 작동 원리 대기의 방해 없이 관측 다양한 관측 장비 탑재

근적외선 감지 원리

냉각 시스템과 열잡음 제거 적색편이와 우주의 팽창 정리

세종은 간의대를 경복궁 북쪽에 위치한 경회루 인근에 지었는데, 이는 단순한 실용 목적 외에도 법궁인 경복궁의완성을 위한 상징적 장치였다.

천문대를 세운다는 것은 곧 하늘의 뜻을 살피고, 재앙을 예방하며, 국왕이 하늘의 명을 받드는 존재임을 드러내는유교적 정치 이념의 실현이기도 했다.

이러한 다양한 목적은 세종의 과학 기술에 대한 철학, 민본주의적 정치관, 문화 자주성 의지를 잘 보여준다. 간의는 그 자체로 천문기기일 뿐 아니라, 조선 과학•정치•문화의 결정체였다.

https://www.yict.or.kr/webzine/vol2/sub/sub26.html 여유, 생활문화예술 매거진

https://contents.history.co.kr/mobile/kc/view.do7levelld=kcr300010&code=kc age_30 우리역사넷

허블 우주망원경은 1990년, 미국 항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA)이 공동으로 개발해 지구 궤도에 쏘아 올린 우주망원경이다. 지구의 대기 바깥인 고도 약 570km 상공에서 초속 약 7.6km의 속도로 공전하며, 하루에 지구를 약 15번 돈다. 이러한 공전 속도는 지구 중력에 의해 끌어당겨지는 힘과 원심력(회전하려는 힘)이 균형을 이루기 때문에 가능하다. 이 균형 덕분에 허블은 지구로 떨어지지 않고 일정한 고도에서 계속 궤도를유지할 수 있다.

대기의 방해 없이 관측

지구에 있는 망원경은 대기의 흐림(난류)이나 기상 조건 때문에 관측이 방해받지만, 허블은 대기 밖에 있어 이러한 영향을 받지 않고 훨씬 선명한 우주 이미지를 찍을 수 있다. 그 덕분에 허블은 별의 형성과정, 은하의 구조, 우주의 팽창 속도 등을 연구하는 데 큰 기여를 하고 있다.

이 중 닉모스는 근적외선 영역(파장 약 0.7~2.5µm)의 빛을 감지하여 먼지나 가스로 가려진 천체도 관측할 수있게 해준다.

근적외선 감지 원리

닉모스의 핵심은 **광센서(예: CCD, CMOS)~이다. 빚은 입자인 광자로 구성되어 있는데, 광자가 센서에 닿으면 그 에너지가 센서 내부의 전자에게 전달된다. 이때 전자는 높은 에너지 상태로 이동했다가 다시 낮은 상태로돌아오며 전기 신호를 방출한다. 이 전기 신호가 디지털로 바뀌어 천체의 이미지나 스펙트럼 데이터로 처리된

냉각 시스템과 열잡음 제거

연결 시도 중입니다.

센서는 열에 민감하기 때문에, 열잡음(노이즈)을 줄이기 위해 냉각 시스템이 필요하다. 닉모스는

• 200°C 가까운 극저온에서 작동한다. 이렇게 낮은 온도에서는 열로 인한 전자의 무작위 운동이 줄어들어, 매우 약한 빛도 정확하게 감지할 수 있다. 이를 위해 다음과 같은 두 가지 기술이 쓰인다:

• 열 차폐(Thermal Shielding): 외부 열로부터 보호

• 열 분산(Thermal Dissipation): 내부 열을 우주 공간으로 배출

적색편이와 우주의 팽장

우주가 팽창하면서 멀리 있는 은하에서 오는 빛은 적색편이 현상을 보인다. 이는 빛의 파장이 길어져 붉은색 쪽으로 이동하는 현상이다. 이 현상을 이용하면 천체가 우리로부터 얼마나 빠르게 멀어지고 있는지(초당 약 70km) 알 수 있으며, 이를 통해 우주의 팽창 속도를 계산할 수 있다. 이 값은 허블 상수(Hubble Constant)…*라고 한다.

허블우주망원경 원리

https://www.usjournal.kr/news/newsview.php?ncode=1065600199109198

혼천의 원리: https://chungbuk.dcollection.net/common/orgView/200000809783

GPS는 지구 궤도를 도는 GPS 위성들은 자신의 위치 정보와 정확한 시간 정보를 포함한 신호를 지속적으로 지구로 보냅니다.

이 신호에는 위성의 현재 좌표와 신호를 보낸 시각이 포함돼서 위성 신호를 전송한다. 또한 GPS 수신기(예: 스마트폰)는 여러 개의 GPS 위성으로부터 이 신호를 수신합니다.

수신기는 위성으로부터 신호가 도착하는 데 걸린 시간을 계산합니다.

신호가 빛의 속도로 전송되므로, 수신 시간 – 전송 시간 = 신호 도달 시간이 시간을 바탕으로 신호가 이동한 거리 = 시간 × 빛의 속도로 계산된다.

또한

삼변측량 기법으로 위치 계산한다.

GPS 수신기는 최소 4개 이상의 위성에서 받은 거리 정보를 사용해 자신의 위치를 계산한다.

3개의 위성 → 이론상 3차원 위치(위도, 경도, 고도)를 구할 수 있다.

그러나 GPS 수신기의 내부 시계는 완벽히 정확하지 않기 때문에, 시간 오차를 보정하기 위해 4번째 위성의 정보가 필요하다. 따라서 4개의 위성 거리 정보를 이용해, 수신기 위치 + 시간 오차를 동시에 계산한다.

GPS 원리: https://youtu.be/6LYp4zsYv6E?si=qXz_29zKUYgsNXD5

바닥이 평편한 평저선 구조를 가진다.

나무의 짜맞춤 기법을 이용하여 내구성을 높였다.

파도의 저항을 줄이기 위해 배의 앞 뒤를 휘어지게 만들었다.

배의 벽을 높게 만들어 적군의 침입이 힘든 구조를 지닌다.

원리

평저선 구조는 u자형의 바닥을 가져 안정적인 무게중심을 갖는다. 또한 얕은 물에서도 항해가 가능하였으며 풍랑이 일어나도 좌우의 움직임이 적어 안전성을 유지하였다.

다만 물의 저항을 줄이기 어려워 빠른 속력을 가지지 못한다.

혼천의 원리: https://chungbuk.dcollection.net/common/orgView/200000809783

GPS는 지구 궤도를 도는 GPS 위성들은 자신의 위치 정보와 정확한 시간 정보를 포함한 신호를 지속적으로 지구로 보냅니다.

이 신호에는 위성의 현재 좌표와 신호를 보낸 시각이 포함돼서 위성 신호를 전송한다. 또한 GPS 수신기(예: 스마트폰)는 여러 개의 GPS 위성으로부터 이 신호를 수신합니다.

수신기는 위성으로부터 신호가 도착하는 데 걸린 시간을 계산합니다.

신호가 빛의 속도로 전송되므로, 수신 시간 – 전송 시간 = 신호 도달 시간이 시간을 바탕으로 신호가 이동한 거리 = 시간 × 빛의 속도로 계산된다.

또한

삼변측량 기법으로 위치 계산한다.

GPS 수신기는 최소 4개 이상의 위성에서 받은 거리 정보를 사용해 자신의 위치를 계산한다.

3개의 위성 → 이론상 3차원 위치(위도, 경도, 고도)를 구할 수 있다.

그러나 GPS 수신기의 내부 시계는 완벽히 정확하지 않기 때문에, 시간 오차를 보정하기 위해 4번째 위성의 정보가 필요하다. 따라서 4개의 위성 거리 정보를 이용해, 수신기 위치 + 시간 오차를 동시에 계산한다.

GPS 원리: https://youtu.be/6LYp4zsYv6E?si=qXz_29zKUYgsNXD5

-높은 상장은 적이 배 위로 올라오는 것을 어렵게 만들고, 화포를 높은 곳에 설치하여 더 먼 거리까지 포탄을 날릴 수 있게 하거나 하방 각도의 사격으로 명중률을 높이는 등 전술적으로 유리한 위치를 제공했습니다.

-이들 화포는 사정거리와 위력 면에서 왜군의 주무기였던 조총을 압도하며 해전의 승리에 결정적인 역할을 했습니다. 함포의 유효 사거리와 사각 구역에 대한 연구는 이순신 장군의 승리 요인을 과학적으로 분석하는 중요한 주제입니다.

 https://m.blog.naver.com/with_msip/221643624879

흠경각 옥루는 자동물시계에 태양 운행 장치를 결합하 여 대단히 작고 정밀하게 만든 것으로, 시•경• 점을 모두 청각과 시각으로 확인할 수 있도록 만든 것이었습니다.

그와 더불어 기기를 설치하고《빈풍도》를 벌려 놓아서 천도의 차고 이지러지는 이치를 보고 백 성이 농사짓는 어려움을 볼 수 있게 하였는데, 이는 당시 백성의 삶의 질을 높이는 것을 농본정치의 최우선으 로 하는 세종의 꿈을 담은 것입니다.

에너지하베스팅 개발목적

https://m.cafe.naver.com/careerpath19/2818 

에너지 하베스팅의 주된 목적은 배터리의 사용을 최소화하거나 배터리를 완전히 대체하여 지속 가능한 에너지 설루션을 제공함으로써 지속 가능한 개발을 지원합니다.

옥루 과학적 원리

https://contents.history.go.kr/mobile/km/view.do?levelId=km_015_0040_0050_0010#:~:text=%EB%AC%BC%EC%9D%84%20%EB%8C%80%EB%8A%94%20%EB%AC%BC%ED%86%B5%EC%9D%98%20%EC%88%98%EB%A9%B4%EC%9D%B4%20%EC%9D%BC%EC%A0%95%ED%95%98%EB%A9%B4%20%EC%88%98%EC%95%95%EC%9D%B4%20%EC%9D%BC%EC%A0%95%ED%95%98%EA%B2%8C,%EB%AC%BC%ED%86%B5%EC%9D%98%20%ED%8A%B9%EC%A0%95%20%EB%86%92%EC%9D%B4%EC%97%90%20%EA%B5%AC%EB%A9%8D%EC%9D%84%20%EB%9A%AB%EC%96%B4%20%EB%86%93%EB%8A%94%20%EB%B0%A9%EC%8B%9D%EC%9D%B4%EB%8B%A4.

https://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2019/09/18/2019091803350.html 

에너지하베스팅 과학적 원리

https://www.chemidream.com/1868 

1.광전 효과 - 광전효과는 아인슈타인이 빛의 입자성을 이용하여 설명한 현상인데요. 금속 등의 물질에 일정한 진동수 이상의 빛을 비췄을 때, 물질의 표면에서 전자가 튀어나오는 현상을 말합니다. 이런 현상은 태양전지에 주로 사용되는데요. 서로 다른 성질을 가진 P형 반도체와 N형 반도체의 접합을 통해 외부에서 흡수된 빛 때문에 발생한 전자와 정공이 이동하면서 회로에 전류가 흐르는 방식입니다. 

2.열전효과

광전효과가 열에 의한 것이라면 열전효과는 말 그대로 열에 의한 것입니다. 물체에 온도 차가 발생하면 온도가 높은 쪽은 높은 운동에너지를 갖게 되고, 높은 운동에너지를 갖은 쪽에서 운동에너지가 낮은 쪽, 즉 온도가 낮은 쪽으로 이동하는 열 흐름이 발생하며 전류가 생기는 것입니다. 이런 열전효과는 온도 차가 클수록 전기도 세게 나타납니다. 이런 방식은 가정용 와인냉장고나 소형 화장품 냉장고 등에 널리 사용되고 있습니다. 

3.압전효과

앞의 두 방식과는 달리 압전효과는 압력에 의한 생성되는 원리입니다. 힘을 가해 어떤 물질을 누르면 양전하와 음전화가 나뉘는 유전 분극 현상이 일어납니다. 이때 표면의 전하 밀도가 변하면서 전기가 흐르는 현상이 압전효과가 나타나게 됩니다. 이런 현상을 이용한 대표적인 생활용품이 바로 전기 라이터인데요. 전기 라이터를 켜기 위해 우리가 하는 행동을 잘 생각해보시면 됩니다. 라이터 상단에 위치한 버튼을 압력을 가해 눌러주면 라이터 내부의 망치가 압전소자를 때리게 되고, 그로 인해 발생한 스파크(전류)를 통해 가스를 점화시키는 것

과학적 개념

동력-동력은 기계를 움직이기 위해 필요한 에너지이다. 동적 성능 등의 경우 일률을 의미한다. 동력장치가 없거나 동력을 사용하지 않는 것은 무동력으로 부른다

중력-질량을 가지고 있는 모든 물체가 서로 잡아당기는 힘.

유체(액체 또는 기체)의 운동을 연구하는 학문. 움직임을 연구하는 유체동역학(과 정적인 상태를 연구하는 유체정역학으로 나뉠 수 있다.

나무의 짜맞춤 기법을 이용하여 내구성을 높였다.

파도의 저항을 줄이기 위해 배의 앞 뒤를 휘어지게 만들었다.

배의 벽을 높게 만들어 적군의 침입이 힘든 구조를 지닌다.

원리

평저선 구조는 u자형의 바닥을 가져 안정적인 무게중심을 갖는다. 또한 얕은 물에서도 항해가 가능하였으며 풍랑이 일어나도 좌우의 움직임이 적어 안전성을 유지하였다.

다만 물의 저항을 줄이기 어려워 빠른 속력을 가지지 못한다.

- 엔진의 구조

군함의 추진체계는 디젤엔진, 가스터빈엔진, 혹은 둘을 조합해 사용하며, 각 엔진은 출력과 연비에서 차이가 있다. 일부 대형 함정은 원자로를 이용해 터빈을 돌리며 임무와 목적에 따라 다양한 추진 방식을 채택해 운용한다

-전투 체계

군함에는 기본 항해 설비만 갖춘 함교가 있으며, 전투 상황에서 노출되기 쉬워 내부에는 전투지휘소(CIC)가 별도로 마련된다. CIC는 센서로 수집된 주변 정보와 아군·적군의 정보를 종합해 전투요원에게 상황을 알리고, 전투체계와 연계해 자동 방어까지 가능하게 설계된다. 이를 통해 전투요원의 부담을 줄이고 신속한 대응이 가능하도록 한다.

-레이더 및 센서

현대 군함은 주변 상황을 파악하기 위해 레이더, 소나, 적외선 센서 세 가지를 주로 사용한다. 레이다는 전파를 이용해 수상과 공중, 대공 탐색 및 추적 기능을 수행하며, 작은 군함에서는 하나의 레이다가 여러 기능을 모드로 바꿔 사용되기도 한다. 소나는 음파를 이용해 물속의 적 잠수함이나 어뢰를 탐지하고, 적외선 센서는 적외선을 감지해 낮게 나는 적 항공기나 미사일, 소형 선박을 탐지한다. 적외선 센서는 탐지 거리가 짧아 주로 레이더와 보완적으로 사용되며, 이 세 가지 센서는 서로 협력해 군함의 감시 능력을 높인다.

추진시스템

해군 전투함의 하이브리드 추진 체계 - 디펜스투데이

현대 군함은 디젤, 가스터빈, 전기모터를 결합한 하이브리드 추진 방식을 사용하며. CODLAG 방식(23형 호위함)은 디젤 발전기로 만들어낸낸 전기로 전기모터를 돌려 저소음을 실현, 북해에서 소련 잠수함을 탐지 및 요격하기 위해 개발됐다. CODLOG 방식(26형 호위함, 한국 대구급 Batch-2)은 저속은 전기모터, 고속은 가스터빈을 사용해 추진한다. IEP 방식(Zumwalt급, Type 45형 구축함)은 CODLAG의 발전형으로 통합전력으로 스텔스 성능을 높였다. 이런 추진체계는 저소음, 스텔스, 효율성, 대잠능력 강화를 목표로 한다

용도

https://www.sedaily.com/NewsView/2D81B0V7YL

순양함은 배를 움직이면서 이동속도가 빨라지자 고속 순찰하는 배라는 의미가 담겨있으며 구축함 앞에서 또는 단독으로 수색·초계·호위·육상포격에 나서는 임무를 담당한다.

구축함은 적의 어뢰로부터 아군 함정을 보호하는 동시에 적의 대형 함정을 물리친다는 용도의 함정이지만, 점점 크기가 커지고 무장이 확대되면서 오늘날에는 함대의 주력 전투함으로 대공·대잠,방호임무를 맡는 범용 전투함으로 거듭났다.

호위함은 주로 수송함이나 상륙함을 호위하는 임무를 맡는다. 유사시에는 가스터빈을 통한 우수한 기동력으로 연안에서 벌어지는 대공전, 대잠전에 신속히 대응하는 게 가능하다. 보통 구축함과 상륙함 사이를 돌아다니면서 연안 경비 등에 주력하고 있다.

- 엔진의 구조

군함의 추진체계는 디젤엔진, 가스터빈엔진, 혹은 둘을 조합해 사용하며, 각 엔진은 출력과 연비에서 차이가 있다. 일부 대형 함정은 원자로를 이용해 터빈을 돌리며 임무와 목적에 따라 다양한 추진 방식을 채택해 운용한다

-전투 체계

군함에는 기본 항해 설비만 갖춘 함교가 있으며, 전투 상황에서 노출되기 쉬워 내부에는 전투지휘소(CIC)가 별도로 마련된다. CIC는 센서로 수집된 주변 정보와 아군·적군의 정보를 종합해 전투요원에게 상황을 알리고, 전투체계와 연계해 자동 방어까지 가능하게 설계된다. 이를 통해 전투요원의 부담을 줄이고 신속한 대응이 가능하도록 한다.

-레이더 및 센서

현대 군함은 주변 상황을 파악하기 위해 레이더, 소나, 적외선 센서 세 가지를 주로 사용한다. 레이다는 전파를 이용해 수상과 공중, 대공 탐색 및 추적 기능을 수행하며, 작은 군함에서는 하나의 레이다가 여러 기능을 모드로 바꿔 사용되기도 한다. 소나는 음파를 이용해 물속의 적 잠수함이나 어뢰를 탐지하고, 적외선 센서는 적외선을 감지해 낮게 나는 적 항공기나 미사일, 소형 선박을 탐지한다. 적외선 센서는 탐지 거리가 짧아 주로 레이더와 보완적으로 사용되며, 이 세 가지 센서는 서로 협력해 군함의 감시 능력을 높인다.

추진시스템

해군 전투함의 하이브리드 추진 체계 - 디펜스투데이

현대 군함은 디젤, 가스터빈, 전기모터를 결합한 하이브리드 추진 방식을 사용하며. CODLAG 방식(23형 호위함)은 디젤 발전기로 만들어낸낸 전기로 전기모터를 돌려 저소음을 실현, 북해에서 소련 잠수함을 탐지 및 요격하기 위해 개발됐다. CODLOG 방식(26형 호위함, 한국 대구급 Batch-2)은 저속은 전기모터, 고속은 가스터빈을 사용해 추진한다. IEP 방식(Zumwalt급, Type 45형 구축함)은 CODLAG의 발전형으로 통합전력으로 스텔스 성능을 높였다. 이런 추진체계는 저소음, 스텔스, 효율성, 대잠능력 강화를 목표로 한다. 

용도

https://www.sedaily.com/NewsView/2D81B0V7YL

순양함은 배를 움직이면서 이동속도가 빨라지자 고속 순찰하는 배라는 의미가 담겨있으며 구축함 앞에서 또는 단독으로 수색·초계·호위·육상포격에 나서는 임무를 담당한다.

구축함은 적의 어뢰로부터 아군 함정을 보호하는 동시에 적의 대형 함정을 물리친다는 용도의 함정이지만, 점점 크기가 커지고 무장이 확대되면서 오늘날에는 함대의 주력 전투함으로 대공·대잠,방호임무를 맡는 범용 전투함으로 거듭났다.

호위함은 주로 수송함이나 상륙함을 호위하는 임무를 맡는다. 유사시에는 가스터빈을 통한 우수한 기동력으로 연안에서 벌어지는 대공전, 대잠전에 신속히 대응하는 게 가능하다.보통 구축함과 상륙함 사이를 돌아다니면서 연안 경비 등에 주력하고 있다.