외계행성 — 다른 별을 도는 세계를 찾는 법
태양계 밖에도 행성이 있을까요? 1995년 첫 확인 이후 수천 개가 발견된 외계행성, 그것을 찾아내는 방법과 생명이 살 수 있는 조건까지 살펴봅니다.
태양이 아닌 다른 별을 도는 세계
「외계행성(exoplanet)」은 우리 태양이 아닌 다른 별을 도는 행성을 말합니다. 오랫동안 다른 별에도 행성이 있으리라는 것은 추측일 뿐이었습니다. 별은 스스로 빛나 밝지만, 그 곁을 도는 행성은 스스로 빛을 내지 않고 크기도 훨씬 작아, 별의 눈부신 빛에 묻혀 직접 찾아내기가 매우 어려웠기 때문입니다.
이 오랜 추측은 1995년, 스위스의 천문학자 미셸 마요르와 디디에 쿠엘로가 태양과 비슷한 별 「페가수스자리 51번 별」 주위를 도는 행성을 확인하며 사실로 바뀌었습니다. 이 공로로 두 사람은 2019년 노벨 물리학상을 받았습니다.
어떻게 찾아내나 — 흔들림과 그림자
외계행성을 찾는 대표적인 방법은 두 가지입니다. 첫째는 「시선속도법」으로, 행성의 중력이 별을 아주 살짝 잡아당겨 미세하게 흔들리게 만드는 것을 이용합니다. 별이 지구 쪽으로 다가왔다 멀어졌다 하며 별빛의 파장이 미세하게 바뀌는 것(도플러 효과)을 정밀하게 측정해 행성의 존재를 알아냅니다.
둘째는 「통과법(transit method)」으로, 행성이 별과 지구 사이를 지나갈 때 별빛이 아주 조금 어두워지는 것을 포착하는 방법입니다. 이 어두워짐이 일정한 주기로 반복되면 행성이 있다는 증거가 됩니다. 2009년 발사된 케플러 우주망원경은 이 방법으로 수천 개의 외계행성을 찾아내며 외계행성 연구를 폭발적으로 늘렸습니다.
생명이 살 수 있는 곳 — 골디락스 존
외계행성 중 특히 관심을 끄는 것은 생명이 살 수 있을 만한 조건을 갖춘 행성입니다. 별로부터 너무 가깝지도 멀지도 않아, 행성 표면에 물이 얼음이나 수증기가 아닌 액체 상태로 존재할 수 있는 거리를 「생명 거주 가능 영역」 또는 동화 속 이야기에서 따온 「골디락스 존」이라 부릅니다.
다만 골디락스 존에 있다고 해서 곧바로 생명이 존재한다는 뜻은 아닙니다. 대기의 유무와 성분, 자기장, 모항성의 활동 등 훨씬 많은 조건이 함께 맞아야 하며, 실제로 생명의 흔적이 있는지는 대기 성분을 분석해야 알 수 있습니다.
지금까지 발견된 외계행성들
지금까지 확인된 외계행성은 수천 개가 넘으며, 그 모습은 상상보다 훨씬 다채롭습니다. 목성만큼 크면서도 별에 바짝 붙어 공전하는 「뜨거운 목성」, 지구보다 조금 더 큰 암석 행성인 「슈퍼지구」, 심지어 어떤 별에도 속하지 않고 홀로 우주를 떠도는 「떠돌이 행성」까지 발견되었습니다.
특히 지구에서 약 40광년 떨어진 트라피스트-1 항성계는 지구와 비슷한 크기의 암석 행성 일곱 개를 한꺼번에 거느리고 있어 큰 주목을 받았습니다. 최근에는 제임스 웹 우주망원경이 일부 외계행성의 대기 성분을 직접 분석하기 시작하면서, 생명의 흔적을 찾는 연구가 새로운 단계로 접어들고 있습니다.