지식보관소_ 천문학자들이 우주에서 외계행성을 찾을 수 있는 이유 1

 

 

실제로 미셜마이어 연구팀이 발견한

최초의 외계행성인 페가수스자리 51b의 크기는

목성에 맞먹는 크기였고

별 주위를 바짝 붙어서 공존하기 때문에

최고 온도 섭씨 1200도로 예상되는

말 그대로 불지옥이었는데요.

 

그런데 과학자들은

어떻게 이런 외계행성을 발견할 수 있는 걸까요?

 

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2012년 10월, 천문학자들과 일반인들 모두가

관심을 가질 만한 뉴스가 하나 있었는데요.

바로 알파센타우리계에서 외계 행성이 발견되었다는 겁니다.

 

“에이 외계행성 그거 뭐 요즘에 자주 발견되는데

그게 뭐가 대수야”라고 말씀하실 수도 있는데요.

왜 알파 센타우리기에서 발견된 외계 행성이 화제였을까요?

 

사실 이 알파센타우리계는

우주에서 별로 특별한 항성계가 아니지만

우리 입장에서는 매우 특별한데요.

바로 지구에서 가장 가까운 항성계이기 때문이죠.

 

얼마나 가깝냐면

무려 엎어지면 코 닿는 거리인 4.2조 km

그러니까 4.3광년 거리니까

일본 여행 가는 것처럼 뭐 잠깐 짬 내서 후딱 갔다 오면 되는 거리인데요.

 

물론 말도 안 되게 먼 거리긴 하지만

우주의 크기를 생각하면

사실 이 별은 지구에서 가장 가까운 별입니다.

때문에 엄청 오래전부터 우주 SF소설들이나 영화들은

이 가장 가까운 항성 알파센타우리계에 대한

재미난 스토리텔링으로 사랑을 받아왔는데요.

게임 문명 시리즈에서 과학 승리의 최종 목표는

로켓을 만들어서 알파센타우리로 가는 것이었고

여러분들이 잘 알고 있는 영화 <아바타>에서 나오는 판도라 행성도

알파센타우리계를 돌고 있는 가상의 행성이었죠.

 

그래서 영화 아바타에서는

한밤중에서도 완전히 어둡지가 않은데

그건 알파센타우리가 삼중성계라서

밤에도 알파 센타우리 b에서 나오는 광량으로

지구의 밤처럼 그렇게 어둡지는 않은 겁니다.

 

아무튼 재미난 건

영화가 개봉하고 3년 만에

아바타의 무대가 되었던 판도라 행성이

실제 발견되었다는 것인데요.

정말 SF팬들을 소름 돋게 만드는 사건이었습니다.

 

물론 이 행성의 위치가

우리들이 상상한 것처럼 쾌적한 위치가 아니라서

가자마자 우리는 통구이가 되겠지만

한때 이 행성의 이름을 판도라 행성으로 명명하라는 주장도 있었을 만큼

재미난 사건이었습니다.

 

그런데 과학자들은 어떻게 이런 외계행성을 발견할 수 있는 걸까요?

“에이 뭐, 당연히 과학이 발달했으니까

좋은 망원경으로 관측해서 알았겠지”라고 생각하시면 안 되는데

왜냐하면 현재의 가장 좋은 망원경으로도

이런 외계에 있는 행성을 관측하는 건

절대 절대로 불가능하기 때문인데요.

 

아니 그럼 대체 어떻게 외계 행성이 있는 줄 아는 걸까요?

사실 외계행성을 발견하기 어려운 이유는

당장 우리 태양계만 봐도 알 수 있습니다.

 

태양은 지구보다 부피가 무려 100만 배가 큰데요.

입장 바꿔서

우리가 판도라 행성에서 망원경으로 지구를 찾으려고 하는 것은

마치 우리가 도쿄 타워에서 망원경으로

송파 헬리오시티 아파트에 기어다니는 바퀴벌레를 발견하려고 하는 거랑

비슷한 난이도인데요.

 

한마디로 아무리 성능 좋은 망원경으로 관측해도

별만 볼 수 있지

행성은 볼 수가 없다는 겁니다.

 

그럼에도 불구하고 1995년에 첫 외계행성을 발견하고

그 이후로 현재까지 3천 개가 넘는 외계행성을 발견했는데요.

어떻게 이게 가능했을까요?

지금부터 외계행성을 발견할 수 있는 이유에 대한

소름돋는 것까지는 아니지만 재미난 이야기를 해드릴 건데요.

 

일단 가장 먼저 사용됐던 방법은 도플러 이펙트(도플러 효과)였습니다.

우리 지구가 태양을 공존하는 이유는

태양계는 질량의 99.86%가 태양으로 이루어져 있기 때문에

수많은 행성이 태양 주변을 공존하는 것인데요.

물론 태양계의 99.86%가 태양인 만큼

태양계의 질량 절대 다수가 태양이기 때문에

태양계의 질량 중심이 태양에 있긴 하지만

이 태양이 가만히 있는 것은 아닙니다.

 

왜냐하면 태양계 질량의 0.06%에 달하는 목성이

태양을 공존하기 때문이죠.

그래서 목성의 공존에 따라 태양도 조금씩 흔들리는데요.

 

그리고 과학자들은 이 가정으로

우주에서 흔들리는 별을 찾기 시작합니다.

 

하지만 여기서 문제가 있는데

이렇게 조금만 흔들리는 움직임을

인간의 기술로 관측하는 게 불가능하다는 거였는데요.

 

이때 등장한 해결 방법이 바로 도플러 이펙트였습니다.

이 효과는 1842년 크리스티안 도플러가 발견하였는데요.

이건 고속도로에서 자동차가

내 쪽으로 다가올 때랑

지나갈 때의 소리의 높낮이가 다르다는 걸 알 수 있으실 건데요.

이건 우리 쪽으로 다가오는 소리의 파형이 짧아지고

멀어질 때는 파형이 길어지는

도플러 효과 덕분입니다.

 

이렇게 파장이 변하는 건

빛도 예외가 아니었는데요.

이 도플러 효과에 의해 지구 쪽으로 다가오는 별빛은

상대적으로 푸른빛을 띠고

멀어지는 별빛은 붉은빛을 띠게 됩니다.

 

여담이지만 이 원리로

우주에 멀리 있는 은하들을 관측한 결과

멀리 있을수록 하나같이 붉은색이었고

이를 우주의 적색편이라고 부릅니다.

 

덕분에 우리는 우주가 팽창하고 있다는 사실을 알 수가 있는 것이죠.

아무튼 이런 도플러 효과를 통해

주기적으로 아주 미세하게라도 별빛의 스펙트럼이 흔들리는 별을 찾고자 했습니다.

 

그리고 결국 미셜마이어 연구팀이

무려 4년에 걸쳐서

페가수스 자리에 있는 별의 스펙트럼 데이터를 모았고

1995년 최초의 외계 행성을 발견했다고

공식적으로 인정을 받게 되면서

미셜마이어는 리아 스타로 등극하게 됩니다.

 

역시 이걸 보고 우리가 알 수 있는 사실은

인생은 한방이라는 것..

 

아무튼 이런 도플러 효과가

외계행성을 발견하는 데 큰 공을 세웠지만

몇 가지 단점이 있었는데요.

 

바로 별이 흔들리는 정도가 커야 했기 때문에

지구처럼 작은 외계행성을 발견하는 건

택도 없다는 것도 이 방식의 가장 큰 문제였습니다.

 

실제로 미셜마이어 연구팀이 발견한 최초의 외계행성인

페가수스자리 51 b의 크기는

목성에 맞먹는 크기였고

별 주위를 바짝 붙어서 공존하기 때문에

최고 온도 섭씨 1200도로 예상되는

말 그대로 불지옥이었는데요.

 

그럼 최근에 발견되는 지구형 행성들은

대체 어떻게 발견할 수 있는 걸까요?

이건 다음 편에 이어서 하겠습니다.