우주를 보다

[아하! 우주] 새로운 형태 행성 발견…미니 해왕성을 보다

작성 2017.07.03 17:26 ㅣ 수정 2017.07.03 17:26
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▲ 슈퍼지구와 미니 해왕성의 생성 가설에 대한 개념도. (사진=NASA/Kepler/Caltech (T. Pyle))


미항공우주국(NASA)의 케플러 우주 망원경과 지상의 대형 망원경의 활약으로 현재까지 인류는 수천 개의 외계 행성을 찾아내는 데 성공했다. 물론 지금까지 찾아낸 외계 행성은 우리 은하계에 존재할 수천 억 개 이상의 외계 행성 중 극히 일부에 불과하지만, 이것만으로도 과학자들은 이전에 알지 못했던 새로운 사실을 대거 발견했다.

예를 들어 우주에는 지구보다 좀 더 크지만, 암석으로 된 행성인 슈퍼지구나 목성보다 더 크지만, 수성보다 더 안쪽 궤도를 공전하는 뜨거운 목성이 다수 존재했다. 그리고 최근 연구 데이터 분석을 통해서 과학자들은 미니 해왕성이라는 또 다른 부류의 행성이 존재한다는 사실을 발견했다.

캘리포니아 공대 연구팀이 천문학 저널(The Astronomical Journal)에 발표한 내용에 따르면 외계 행성들은 무작위로 분포하는 것이 아니라 생물학에서 파충류와 포유류를 나눌 수 있듯이 몇 개의 그룹으로 나눌 수 있었다. 특히 슈퍼지구와 미니 해왕성은 서로 특징을 공유하는 것이 아니라 분명한 차이를 보였다.


슈퍼지구는 지구 지름의 1.75배 이하의 크기를 가진 지구보다 큰 암석 행성이며, 미니 해왕성은 지구 지름의 2배에서 3.5배 사이의 행성으로 표면에 수소와 헬륨으로 된 가스를 지닌 미니 가스 행성이다. 이들은 해왕성이나 천왕성 같은 행성이지만, 가스가 적은 형태의 행성으로 추정된다.

흥미로운 사실은 슈퍼지구 크기의 가스 행성이나 미니 해왕성 크기의 슈퍼지구는 찾기 힘들다는 것이다. 동시에 해왕성보다 크고 목성보다 작은 가스 행성 역시 그 수가 적었다.

그 이유는 잘 모르지만, 과학자들은 이것이 우연이 아니라 그렇게 될 수밖에 없는 원인이 있다고 생각하고 있다. 가능성 있는 가설 가운데 하나는 행성이 생성될 때 일정 크기 이하 행성은 초기에 획득한 수소와 헬륨 가스를 모두 잃어버린다는 것이다. 별의 온도가 높지 않은 초기에는 가스를 보존할 수 있지만, 별의 온도가 높아지면 열과 항성풍에 의해 작은 행성의 수소 및 헬륨 가스는 모두 날아가게 된다. 어쩌면 그 크기의 기준이 지구 지름의 1.75~2배 수준일 수 있다. (위 개념도 참조)

다른 설명으로는 일부 슈퍼지구가 어떤 이유로든 약간의 헬륨과 수소 가스를 얻어 부피를 크게 부풀렸다는 것이다. 이 경우 질량으로는 전체의 1% 수준의 헬륨과 수소도 기체이기 때문에 행성의 부피를 많이 증가시킬 수 있다.

물론 현재까지 발견한 외계 행성은 전체 외계 행성 가운데 극히 일부에 불과해 목성보다 작은 행성을 간단히 두 가지 형태로 분류하는 것은 오류의 가능성이 있다. 따라서 앞으로 발사될 차세대 행성 탐사 망원경과 차세대 고성능 망원경을 이용해서 더 많은 외계 행성을 찾고 분석할 필요가 있다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

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