외계 행성: 우리 태양계 너머의 세계

지금까지 발견된 가장 어린 외계행성은 나이가 100만 년 미만입니다.

지금까지 발견된 가장 어린 외계행성은 100만년 미만으로 420광년 떨어진 별인 Coku Tau 4를 공전하고 있습니다. 천문학자들은 별을 둘러싸고 있는 먼지 투성이의 원반에 있는 거대한 구멍에서 행성의 존재를 추론했습니다. 구멍은 태양 주위를 도는 지구의 궤도 크기의 10배이며, 아마도 행성이 별을 공전할 때 먼지 속 공간을 비워내기 때문일 것입니다. (이미지 제공: NASA)



외계행성은 우리 태양계 너머에 있는 행성입니다. 지난 20년 동안 수천 개의 천체가 발견되었으며 대부분 NASA의 케플러 우주 망원경으로 이루어졌습니다.



이 세계는 크기와 궤도가 매우 다양합니다. 일부는 부모 별 가까이에서 포옹하는 거대한 행성입니다. 일부는 얼음, 일부는 바위입니다. NASA와 다른 기관들은 특별한 종류의 행성을 찾고 있습니다. 지구와 같은 크기로 생명체가 거주할 수 있는 영역에서 태양과 같은 별을 도는 것입니다.

거주 가능 영역은 행성의 온도가 지구 생명체에 중요한 액체 바다를 허용하는 별에서 거리의 범위입니다. 이 구역의 초기 정의는 단순한 열평형을 기반으로 했지만 현재 거주 가능 구역의 계산에는 행성 대기의 온실 효과를 비롯한 많은 다른 요인이 포함됩니다. 이것은 거주 가능 영역의 경계를 '흐릿하게' 만듭니다.



천문학자들은 2016년 8월에 그러한 발견을 할 수 있다고 발표했습니다. 프록시마 센타우리를 도는 행성 . 프록시마 b(Proxima b)로 알려진 새로 발견된 세계는 지구보다 약 1.3배 더 무겁고, 이는 외계행성이 암석 세계임을 시사한다고 연구자들은 말했다. 행성은 또한 별의 거주 가능 지역 , 호스트 별에서 불과 470만 마일(750만 킬로미터) 떨어져 있습니다. 지구로 11.2일마다 한 궤도를 완료합니다. 결과적으로, 외계행성은 조석으로 잠겨 있을 가능성이 있습니다. 즉, 달이 지구에 한 면(가까운 쪽)만 표시하는 것처럼 외계행성은 항상 호스트 항성에 같은 면을 보여줍니다.

대부분의 외계 행성은 2009년에 작업을 시작한 관측소인 케플러 우주 망원경에 의해 발견되었으며 연료가 떨어지면 2018년에 임무를 완료할 예정입니다. 2018년 3월 중순 현재 , Kepler는 2,342개의 확인된 외계행성을 발견했으며 아마도 2,245개의 다른 행성의 존재를 밝혔습니다. 모든 천문대에서 발견한 행성의 총 개수는 3,706개입니다.

초기 발견

외계행성은 1990년대까지 확인되지 않았지만 몇 년 전부터 천문학자들은 외계행성이 거기에 있다고 확신했습니다. 그것은 단지 희망적인 생각이 아니라 브리티시 컬럼비아 대학의 천체 물리학자인 Jaymie Matthews가 demokratija.eu에 말했습니다. 가끔 외계행성 망원경 관찰자 MOST(별의 미세변동성과 진동)의 임무 과학자인 매튜스는 초기 외계행성 발견의 일부에 참여했습니다.



천문학자들은 우리 태양계의 기원 이야기를 가지고 있었습니다. 간단히 말해서, 회전하는 가스와 먼지 구름(원태양 성운이라고 함)은 자체 중력에 의해 붕괴되어 태양과 행성을 형성했습니다. 구름이 무너지면서 각운동량의 보존은 곧 태양이 더 빨리 회전해야 한다는 것을 의미했습니다. 그러나 태양은 태양계 질량의 99.8%를 포함하는 반면 행성은 각운동량의 96%를 가지고 있습니다. 천문학자들은 태양이 왜 그렇게 천천히 자전하는지 스스로에게 물었습니다.

어린 태양은 매우 강한 자기장을 가졌을 것이며, 그 힘의 선은 행성이 형성될 소용돌이 가스 원반까지 뻗어 있었습니다. 이 필드 라인은 가스의 하전 입자와 연결되어 닻처럼 작용하여 형성되는 태양의 회전을 늦추고 결국 행성으로 변할 가스를 회전시킵니다. 태양과 같은 대부분의 별은 천천히 회전하므로 천문학자들은 그들에게도 동일한 '자기 제동'이 발생했다고 추론했습니다. 의미: 행성은 태양과 같은 별 주위에 공통적이어야 합니다.

이러한 이유로 천문학자들은 처음에 외계행성 탐색을 태양과 유사한 항성으로 제한했지만 처음 두 가지 발견은 PSR 1257+12라고 불리는 펄서(초신성으로 빠르게 회전하는 별의 시체) 주변에서 이루어졌습니다. 1992. 1995년에 태양과 같은 별을 도는 세계에 대한 최초의 확인된 발견은 51 페가수스 b였습니다. 목성 질량 행성은 우리보다 태양에 20배 더 가깝습니다. 그것은 놀라운 일이었습니다. 그러나 7년 전에 또 다른 기이한 현상이 나타났는데, 이는 앞으로 올 외계행성의 풍요로움을 암시하는 것이었습니다.



캐나다 팀은 1988년에 감마 세페이 주변에서 목성 크기의 행성을 발견했지만 그 궤도가 목성보다 훨씬 작았기 때문에 과학자들은 확실한 행성 탐지를 주장하지 않았습니다. '우리는 그런 행성을 기대하지 않았습니다. 그것은 우리 태양계의 행성과 충분히 달랐기 때문에 조심스러웠습니다.'라고 Matthews가 말했습니다.

최초의 외계행성 발견의 대부분은 부모 항성 가까이에서 공전하는 거대한 목성 크기(또는 더 큰) 가스 거인이었습니다. 그 이유는 천문학자들이 행성 또는 행성들이 궤도를 돌 때 별이 얼마나 '흔들리는'지를 측정하는 방사 속도 기술에 의존했기 때문입니다. 가까이에 있는 이 큰 행성은 모성(母星)에 그에 상응하는 큰 영향을 미치므로 감지하기 쉬운 흔들림을 일으킵니다.

외계행성 발견의 시대 이전에는 기기가 항성 운동을 초당 킬로미터까지만 측정할 수 있었으며 행성으로 인한 흔들림을 감지하기에는 너무 부정확했습니다. Matthews에 따르면 이제 일부 장비는 초당 센티미터만큼 낮은 속도를 측정할 수 있습니다. '부분적으로는 더 나은 장비 때문이기도 하지만 천문학자들이 이제 데이터에서 미묘한 신호를 알아내는 데 더 많은 경험이 있기 때문입니다.'

케플러, TESS 및 기타 천문대

2009년 발사된 케플러 백조자리의 한 지역을 관찰하는 주요 임무를 수행합니다. 케플러는 초기 임무 수명의 두 배인 4년 동안 대부분의 반응 바퀴(포인팅 장치)가 고장날 때까지 그 임무를 수행했습니다. 그런 다음 NASA는 Kepler를 K2라는 새로운 임무에 맡겼습니다. K2는 Kepler가 태양풍의 압력을 사용하여 우주에서 위치를 유지하는 것입니다. 천문대는 태양의 눈부심을 피하기 위해 주기적으로 시야를 전환합니다. K2로 전환한 후 Kepler의 행성 발견 속도는 느려졌지만 여전히 새로운 방법을 사용하여 수백 개의 외계행성을 발견하고 있습니다. 2018년 2월 최신 데이터 릴리스에는 95개의 새로운 행성이 포함되어 있습니다.

외계인 세계 인포 그래픽 20

외계인 세계 인포그래픽 20'x60' 포스터. 여기에서 구매 (이미지 크레디트: demokratija.eu 스토어)

케플러는 다양한 유형의 행성의 풍요로움을 공개했습니다. 가스 거인과 지구형 행성 외에도 ' 슈퍼 지구 ': 지구와 해왕성 크기 사이의 행성. 이들 중 일부는 별의 거주 가능 구역에 있지만, 우주생물학자들은 그러한 세계에서 생명체가 어떻게 발전할 수 있는지를 고려하기 위해 다시 처음으로 돌아가고 있습니다. 케플러의 관찰은 우리 우주에 초지구가 풍부하다는 것을 보여주었습니다. (이상하게도 우리 태양계에는 그 크기의 행성이 없는 것으로 보이지만 일부 사람들은 '9행성'이라는 별명을 가진 큰 행성이 ​​태양계 바깥쪽에 숨어 있을지도 모른다고 믿고 있습니다.)

Kepler가 행성을 찾는 주요 방법은 '이동' 방법입니다. 케플러는 별의 빛을 관찰합니다. 빛이 규칙적이고 예측 가능한 간격으로 어두워지면 행성이 별의 면을 가로질러 지나가고 있음을 나타냅니다. 2014년에 케플러 천문학자(매튜스의 전 학생 제이슨 로우 포함)는 천문학자들이 후보 행성을 확인된 행성으로 승격시키는 비율을 증가시킨 새로운 '다중성 검증' 방법을 발표했습니다. 이 기술은 궤도 안정성에 기반을 두고 있습니다. 짧은 주기로 발생하는 별의 많은 통과는 작은 궤도의 행성 때문일 수 있습니다. 모방할 수 있는 다중 일식 별이 단 몇 백만 년 만에 시스템에서 서로를 중력적으로 방출할 것이기 때문입니다.

Kepler가 임무를 마치면서 TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite)라는 새로운 관측소가 2018년 봄에 발사될 예정입니다. TESS는 13.7일마다 지구를 공전하며 2년에 걸쳐 전천측 탐사를 수행할 예정입니다. 첫 해에는 남반구를, 두 번째 해에는 북반구(원래의 케플러 필드를 포함)를 조사할 것입니다. 천문대는 지구 크기의 최소 50개를 포함하여 더 많은 외계행성을 밝힐 것으로 예상됩니다.

다른 저명한 행성 사냥 관측소(과거 및 현재)는 다음과 같습니다.

  • 칠레에 있는 유럽남방천문대의 라 실라 3.6미터 망원경에 있는 HARPS 분광기. 그의 첫 번째 빛은 2003년에 있었다. 이 기구는 별의 자전에서 행성이 유도하는 흔들림을 관찰하도록 설계되었습니다. HARPS는 자체적으로 100개가 넘는 외계행성을 발견했으며 케플러 및 기타 관측소의 관측을 확인하는 데 정기적으로 사용됩니다.
  • 캐나다의 MOST(Microvariability and Oscillations of Stars) 망원경으로 2003년에 관측을 시작했습니다. MOST는 별의 별의 별지진학 또는 별지진을 관측하도록 설계되었습니다. 그러나 그것은 또한 외행성 55 Cancri e를 찾는 것과 같은 외계 행성 발견에 참여했습니다.
  • 2006년과 2012년 사이에 운영된 프랑스 우주국의 CoRoT(대류 회전 및 행성 통과). COROT-7b를 포함하여 수십 개의 확인된 행성을 발견했습니다. 이 외계 행성은 주로 암석 또는 금속 구성으로 이루어진 최초의 외계 행성입니다.
  • NASA/유럽 우주국 Hubble 및 NASA Spitzer 우주 망원경은 각각 가시광선 또는 적외선 파장의 행성을 주기적으로 관찰합니다. (행성의 대기에 대한 더 많은 정보는 적외선으로 볼 수 있습니다.)
  • 2018년에 발사될 예정인 유럽의 특징인 ExOPlanets Satellite(CHEOPS)입니다. 이 임무는 행성, 특히 초지구와 해왕성 질량 사이에 있는 행성의 지름을 정확하게 계산하도록 설계되었습니다.
  • 2020년 발사 예정인 NASA 제임스 웹 우주 망원경. 적외선 파장 관측에 특화돼 있다. 이 강력한 천문대는 특정 외계행성 대기의 거주 가능성에 대해 더 많은 것을 밝힐 것으로 예상됩니다.
  • 2024년에 발사될 예정인 유럽 우주국(European Space Agency)의 PLAnetary Transits and Oscillations of Stars(PLATO) 망원경. 이 망원경은 행성이 어떻게 형성되고 어떤 조건이 있다면 생명체에 유리한 조건을 배우도록 설계되었습니다.
  • 2028년 중반에 발사될 ESA ARIEL(대기 원격 감지 적외선 외행성 대규모 탐사) 임무. 1,000개의 외계행성을 관찰하고 대기의 화학적 조성을 조사할 것으로 예상됩니다.

케플러가 발견한 새로운 외계행성의 상대적 크기를 지구와 목성과 비교한 도표.

케플러가 발견한 새로운 외계행성의 상대적 크기를 지구와 목성과 비교한 도표.(이미지 크레디트: NASA/Tim Pyle)

주목할만한 외계행성

선택할 수 있는 것이 수천 개로 몇 개를 좁히기는 어렵습니다. 거주 가능 영역의 작은 고체 행성은 자동으로 눈에 띄지만 매튜스는 행성이 어떻게 형성되고 진화하는지에 대한 우리의 관점을 확장한 5개의 다른 외계 행성을 꼽았습니다.

  • 51 페가시 b:앞서 언급했듯이 이것은 태양과 같은 별 주위에서 확인된 최초의 행성이었습니다. 목성 질량의 절반인 목성은 우리 태양에서 수성까지의 거리에서 태양 주위를 공전합니다. 51 페가수스 b는 모별과 너무 가까워 조석으로 잠겨 있을 가능성이 높으며, 이는 한 면이 항상 별을 향하고 있음을 의미합니다.
  • HD 209458 b:이것은 1999년에 처음으로 별을 통과하는 것으로 발견된 행성이며(도플러 흔들림 기술로 발견되었지만) 이후 몇 년 동안 더 많은 발견이 이루어졌습니다. 그것은 온도 프로파일과 구름 부족을 포함하여 대기의 측면을 결정할 수 있는 태양계 외부의 첫 번째 행성이었습니다. (Matthews는 MOST를 사용하여 일부 관찰에 참여했습니다.)
  • 55 다음의 암:이 슈퍼 지구는 눈으로 볼 수 있을 만큼 밝은 별 주위를 돌고 있습니다. 이는 천문학자들이 다른 어떤 것보다 더 자세히 시스템을 연구할 수 있음을 의미합니다. 그 '년'은 17시간 41분에 불과하다(2011년 MOST가 2주 동안 시스템을 응시했을 때 인정). 이론가들은 이 행성이 다이아몬드 코어와 함께 탄소가 풍부할 수 있다고 추측합니다.
  • HD 80606 b:2001년 발견 당시 이 행성은 지금까지 발견된 외계행성 중 가장 괴이한 행성이라는 기록을 보유하고 있었습니다. 그것의 이상한 궤도(태양 주위를 도는 핼리 혜성과 비슷함)는 다른 별의 영향으로 인한 것일 수 있습니다. 그것의 극단적인 궤도는 행성의 환경을 극도로 가변적으로 만들 것입니다.
  • WASP-33b:이 행성은 2011년에 발견되었으며 모성으로부터 가시광선과 자외선의 일부를 흡수하는 일종의 '선스크린'층(성층권)이 있습니다. 이 행성은 별을 '뒤로' 공전할 뿐만 아니라 MOST 위성에서 볼 수 있는 별의 진동을 유발합니다.