문화외계 행성.jpg

외계 행성이란 위키피디아의 정의에 따르면 '태양이 아닌 다른 항성 주위를 공전하고 있는 행성'을 의미합니다.

외계 행성에 대한 논의는 태양과 같은 항성이 행성이 있듯이, 태양과 비슷한 다른 항성들도 행성을 가지고 있지 않을까? 라는 매우 당연한 생각에서 시작되었습니다.

그러나 행성은 자체적으로 빛을 발하지 않는 어두운 존재라 직접 관측이 어려워서 그 동안 거의 발견되지 못 하였습니다.

관측 능력이 과거보다 훨씬 나아진 지금도 외계 행성을 가시광선 등의 전자기파로 직접 관측하는 것은 '거의' 불가능합니다.

그래서 외계 행성을 발견해 낼 때는 직접 관측이 아닌 다른 간접적인 방법을 주로 사용합니다.

1. 항성과 행성의 질량 중심을 이용.

예를 들어 우리 태양계의 태양과 목성의 질량 중심은 태양 밖에 있습니다.

태양이 딱 고정되어 있고(일단 태양의 은하중심에 대한 공전은 뺍시다) 목성이 그 주변을 도는 게 아니라

목성이 상대적으로 상당한 질량이기 때문에 목성 때문에 태양도 그림처럼 태양 밖의 한 원을 돌게 되는데,

멀리 떨어진 곳에서 태양을 관찰한다면 빛이 미세하게 도플러 효과를 보이면서 진동하게 됩니다.

이는 '어떤 거대한 행성이 있어서' 저렇게 진동하는구나 라고 생각하게 되고 이를 통해 행성을 발견하게 됩니다.

2. 행성이 항성을 가리는 것을 이용.

부피가 상당한 행성이 항성 가까이 있을 경우 행성이 항성을 앞쪽으로 공전할 때는 당연히 지구에서 볼 때 그 항성 빛을 가리게 되고, 

그 항성은 주기적으로 '미세하게' 밝아졌다, 어두워졌다 를 반복하게 됩니다.

이를 통해 행성을 발견하게 되는데, 이는 목성이나 그 이상의 부피를 가진 행성이 항성 옆에 딱 붙어 공전할 때 주로 발견해 내는데,

저러한 행성을 '뜨거운 목성'이라고 부릅니다. 사실 저 것 때문에 항성과 그에 따른 행성계의 생성 이론에 큰 충격을 주었습니다.

목성급 행성이 항성에 딱 붙어 공전하는 건 기존 이론으로는 설명하기 어려웠기 때문입니다.

3. 규칙적 전파를 내는 펄서의 전파 변화를 측정하여 이용.

펄서는 아주 규칙적인 전파를 발산하는 중성자별입니다. 그런데 이러한 규칙적인 전파 발산에 행성이 없는 일반적인 펄서와 달리 왜곡이 또 규칙적으로 있다면,

이는 펄서 주변을 도는 행성들이 중력적으로 주는 규칙적인...(계속 규칙적이네요..) 흔들림으로 인해 발생하는 규칙적인 왜곡입니다.

이를 이용하여 행성을 발견해 내는 방법이 있습니다.

외계 행성이라고 인정된 첫 외계 행성들도 펄서를 도는 행성이었습니다. 

그 외에도 몇 가지 방법이 있지만, '여백이 부족해 적지 않겠습니다' 는 좀 그렇고, 

여하튼 몇 가지 더 있는데 좀 레어해서 소개하지 않겠습니다.

지금까지 발견된 외계 행성들의 특징은 우리가 태양계를 모델로 생각했던 항성과 행성계에 대한 생각과 사뭇 다릅니다.

1. 뜨거운 목성이 많이 발견되었다.

위에서 말씀 드렸듯이 그림처럼 목성급 행성이 항성에 딱 붙어(태양-수성보다 훨씬 안 쪽에 붙어있음) 엄청나게 뜨거운 상태로 돌고 있는 것을 '뜨거운 목성'이라고 하는데,

이런 것들이 많이 발견되어서 큰 논란을 불러일으켰습니다(그러한 행성이 없다는 게 아니라, 어떻게 생성되거나 혹은 이동했을까에 대한 논란)

다만 '뜨거운 목성'이 많이 발견된 것은 큰 행성이 항성 가까이서 공전하면 항성을 많이 가리기 때문에 그만큼 발견하기 쉬워서 그렇지, 

실제로 뜨거운 목성이 존재하는 항성계가 흔하지만 그렇다고 하여 일반적이라고 표현하는 것은 틀린 말이 되지 않을까 싶습니다.

2. 궤도이심률과 궤도경사각이 엄청나다.

(유명한 글리제 876 의 행성들입니다. 지 마음대로들 돌고 있습니다...)

태양계 8행성들의 궤도 이심률(얼마나 똑바로 원형인가. 0에 가까울 수록 원형, 1에 가까울 수록 타원)을 보면 정말 동그랗다... 라고 표현할 수 있을 정도로 원형과 큰 차이를 보이지 않습니다.

수성은 그나마 태양에 가장 가까워 중력적 영향을 받아 좀 타원이지만 금성부터는 정말 '모범적인' 원형을 보입니다.

그에 반해 지금까지 발견된 외계 행성들의 이심률을 보면 행성궤도가 큰 타원에 가깝습니다.

이심률이 밝혀지지 않은 경우를 제외하고는 대부분 이심률이 엄청나 항성에 가장 가까울 때와 멀 때의 차이가 몇 배에 달하기도 합니다.

(마치 태양계의 왜행성 후보 세드나 같습니다)

이심률이 높다고 하여 더 행성을 발견하기 더 쉬운 게 아니기 때문에 지금까지 발견된 외계 행성들의 큰 이심률은 '혹시 우리 태양계의 아름다운 원형 행성 궤도가 특이한 게 아닌가' 라는 생각을 하게 됩니다.

또한 궤도경사각(모항성에 비해 궤도가 기울어진 정도)도 거의 원반에 가까운 모범적이고 착한 태양계에 비하면 매우 기울어져 도는 경우가 많은데, 

이도 지금까지 연구해온 항성과 행성의 생성원리에 큰 혼란을 주고 있습니다.

현재까지 항성과 행성계의 생성원리에 따르면 행성과 항성은 같이 생성되었기 때문에(태양과 지구의 나이가 같음) 

행성들이 거의 비슷한 이심률과 비슷한 궤도경사각을 보이는 게 정설이었는데, 제멋대로인 외계 행성들의 발견으로, 이 이론들이 많은 도전을 받고 있습니다.

이를 위한 보완으로 우리 태양계처럼 행성들이 많으면 서로간의 중력적 영향으로 인해 원형을 보인다는 이론이 있지만, 

아직 검증하기에는 외계 행성들이 샘플이 모자라서 좀 더 기다려 봐야 할 거 같습니다.

그럼 이러한 외계 행성들 중 역사적으로 중요하거나 특이한 사례를 살펴보면

1. PSR B1257+ 12 를 도는 행성들

(화살표가 행성이 아닌 중성자별이고 큰 것들이 행성입니다. 그러나 저 조그마한 화살표 중성자별이 저 행성들 보다도 훠어어어얼씬, 사실 태양보다도 훠어어어얼씬 무겁습니다)

가장 처음으로 발견 된 외계 행성이라고 '인정된' 사례입니다.

일반적인 주계열성이 아닌 펄서를 도는 행성이 외계 행성으로 가장 먼저 발견되고 인정된 게 놀라운 점이라고 하겠습니다.

2. 페가수스자리 51 b

페가수스자리 51 b 는 펄서가 아닌 '주계열성'에서 처음으로 발견된 행성으로

(발견된 순서대로 b가 첫 번째, c, d가 두 번째, 세 번째 입니다. 행성은 a를 쓰지 않습니다. 또한 모항성과의 거리는 네이밍에 영향을 주지 않습니다)

'뜨거운 목성'형 행성입니다. 이 행성이 행성생성이론에 많은 논란과 커다란 충격을 안겨준 주인공입니다.

지금까지 가장 인정받는 이론은 목성처럼 태양계 외각에서 만들어 졌지만 '어떠한 원인'에 의해 항성에 가깝게 이동했다라는 것입니다.

페가수스자리 51항성은 태양과 비슷한 G2V 항성으로 태양계에 대비해 생각해보자면 목성이 수성보다 더 가까이 태양을 돌고 있다고 생각하면 됩니다.

3. 글리제 876 b

적색왜성인 글리제 876 에서 발견된 행성으로, '적색왜성'에서 발견된 최초의 외계행성입니다.

글리제 876과 매우 가까운 거리에서 공전하고 있으며, 후에 두 개의 행성이 더 발견 되고 이는 '적색왜성 근처에서 과연 생명체의 발생이 가능할까' 라는 많은 논의를 불러 일으켰습니다.

4. 용자리 요타 b

'거성'에서 발견된 최초의 행성 이며 이는 주계열성이 거성으로 진화한 후에도 행성이 남아 있을 수 있다는 점을 증명한 사례라고 하겠습니다.

나중에 태양이 적색거성이 되어서 지구가 삼켜져도(화성은 애매함..) 목성이나 토성은 남아있을 거라고 예견되는 것과 비슷합니다.

5. 포말하우트 b

포말하우트 b 는 큰 의의를 가지고 있는데, 간접적인 방법이 아닌 직접적인 '가시광선 관측'으로 최초로 발견한 행성입니다. 허블망원경의 큰 업적 중 하나입니다.

그리고 분광형 A 항성에서 발견된 최초의 행성이기도 합니다.

6. 오리온자리 S J053810.1-023626

최초로 발견된 떠돌이 행성입니다. 

이는 원래 한 항성계에 속했다가 모종의 이유로(주변 초신성 폭발 등) 항성계에서 튕겨나가 우주를 떠돌고 있는 행성이거나 처음부터 저렇게 홀로 태어났을 수도 있습니다.

사실 모항성을 떠난 이상 행성의 정의에 부합되지는 않습니다.

7*. 태양계, 수금지화목토천해

번외로 우리 태양계가 가장 많은 행성들이 발견된 항성계입니다. 

아직까지도 8개를 넘어서는 행성이 있는 항성을 발견해내지 못 하였습니다.

앞으로도 이는 꽤 오랜기간 동안 쉽지 않은 일로 남아 있을 가능성이 높습니다.

외계행성을 발견하는 것이 자료가 있어도 워낙 발견하시기 어려운데 요즘은 외계행성을 찾던 케플러 망원경까지 망가져서 그렇습니다 ㅎㅎ

나중에 더 좋은 성능의 우주망원경들이 발사되고 본격적으로 가동되면 태양계보다 많은 행성을 지닌 항성이 발견될 거라고 믿습니다만 쉽지는 않을 겁니다.

결론:

태양계 짱. ㅎㅎ

-----

참고로

위키피디아의 외계행성 항목은 대단히 알차고 자세하게 표현되어있어서 더 자세한 정보를 원하시는 분들은 한 번 정독해볼만 합니다.

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%99%B8%EA%B3%84_%ED%96%89%EC%84%B1