지식보관소_ 이번 2019년 119회 노벨 물리학상은 어떻게 받게 되었나

 

 

외계행성을 발견하기 전까지만 해도

과학계에서 외계행성에 대한 이야기를 하는 건

거의 금기시되는 분야였습니다.

 

왜냐하면 이론적으로는

분명 밤하늘에 있는 무수한 별들마다

외계행성이 있을 것으로 예상이 되지만

과학적으로는 그런 외계행성을 발견하는 것이 불가능에 가까웠기 때문인데요.

 

 

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다들 아시다시피

2019년 119회 노벨 물리학상 수상자가 발표되었는데요.

이번 노벨물리학상 수상자로는

제임스 피블스와 미셀마이어, 그리고 디디에 쿠엘로 등 3명이 받게 되었는데요.

 

제임스 피블스는

빅뱅 직후의 우주의 지나와 그에 대한 물리적 현상을 연구한 공로로

노벨상을 받게 되었습니다.

제임스 피블서에 대한 이야기는 기회가 되면

다음 번에 이야기하도록 하겠습니다.

 

이번에는 미셀 마요르에 대한 이야기를 해보겠습니다.

미셀 마요르 박사는 1995년 세계 최초의 외계행성을 발견하면서

이번에 노벨상을 받게 되었는데요.

여기에서 외계행성이란

태양계가 아닌 다른 별을 돌고 있는 행성으로

현재로서도 이 외계행성을 직접 관측하는 건 거의 불가능합니다.

 

만약 우리가 가장 가까운 별인

알파센타우리에 있는 외계행성에 살고 있다고 하더라도

거기에서 태양계에 있는 지구를 직접 관측하는 건

현재의 과학기술로는 절대로 불가능합니다.

 

하지만 놀랍게도 최초로 발견된 외계행성은

지구로부터 약 51광년 떨어진 거리에 있는

페가수스자리 51

벨레로폰이라 불리는 51 Pegasi라는 별에서 발견이 되었습니다.

 

아니 지구에서 가장 가까이에 있는 외계행성도 관측하는 게 불가능한데

어떻게 51광년이나 떨어진 거리에서

그것도 1995년에 외계행성을 발견할 수가 있었던 걸까요?

 

사실 이 최초의 외계행성의 발견은

천체물리학의 새로운 분야를 개척하게 되었는데요.

외계행성을 발견하기 전까지만 해도

과학계에서 외계행성에 대한 이야기를 하는 건

거의 금기시되는 분야였습니다.

 

왜냐하면 이론적으로는 분명 밤하늘에 있는 무수한 별들마다

외계행성이 있을 것으로 예상이 되지만

과학적으로는 그런 외계행성을 발견하는 것이

불가능에 가까웠기 때문인데요.

 

마치 우주에는 별이 많으니까

어딘가 외계생명체나 외계인이 이론적으로 존재할 확률이 높지만

직접적으로 관측할 수 있는 증거가 없어서

과학자들이 그런 외계생명체에 대한 이야기를 하기가

쉽지 않은 것과 비슷했습니다.

 

그럼에도 불구하고 외계행성을 발견하기 훨씬 이전부터

태양계 말고 다른 별에도 행성이 존재한다는 걸 알아내기 위한

수많은 아이디어가 등장해 왔었는데요.

 

미셀마이어가 최초의 외계행성을 발견하기 전까지는

이렇다 할 결과가 없었습니다.

 

외계행성을 발견하기 위한 아이디어 중에

우리의 태양이

목성에 의한 중력에 의해서

이렇게 이렇게 이런 식으로 서로 중력을 주고받으면서

이렇게 흔들리고 있다는 것을 이용하자는 아이디어가 있었는데요.

 

천체의 중력에 묶여 있는 물체들은

서로의 질량 중심을 공존하게 됩니다.

예를 들어서

지구와 달 사이의 관계도

달이 지구를 일방적으로 돌고 있다고 생각할지도 모르지만

사실은 지구도 지구와 달 사이의 질량 중심점을 공전하고 있는 겁니다.

 

물론 이 경우에 지구가 달보다 질량이 훨씬 더 크기 때문에

그 질량의 중심점이 지구 밖을 벗어나지는 않지만

태양계 행성에서 제외된 명왕성의 경우에는

명왕성과 카론의 질량 중심점을 서로가 공존하고 있죠.

 

태양도 마찬가지인데

문제는 태양계의 모든 행성과 소행성, 운석들의 질량을 모두 다 합쳐봐야

태양계 전체 질량의 0.2%도 되지 않는다는 것입니다.

태양계에 이렇게나 많은 천체들이 존재하지만

그래봐야 태양이 차지하는 비중이 99.86%에 달하기 때문인데요.

 

예전에 제 영상에서도 말했지만

한마디로 태양계는 곧 태양인 셈입니다.

그래도 그 나머지 물체 중에

가장 질량이 큰 목성이

태양계의 0.07%의 질량을 차지하기 때문에

아주 미약하지만, 태양도 목성의 중력에 영향을 받게 됩니다.

 

그래서 다른 별에서 태양을 관측하면

태양이 이렇게 12년 주기로 살짝살짝

흔들리고 있다는 걸 알 수가 있습니다.

왜냐하면 이 목성이 태양을 공존할 때

12년에 한 바퀴 정도를 공존하기 때문에

그 영향으로 태양이 12년마다 이렇게 흔들리는 것이죠.

 

그래서 이런 원리를 생각하면

이론상으로는 우주에 존재하는 별에도

그 주변을 목성 같은 행성이 돌고 있다면

별이 그 행성의 중력에 의해 흔들리는 현상으로

우리는 외계행성의 존재 증거를 찾을 수 있을 것이라고 생각했습니다.

 

하지만 이 방법 또한 회의적이었던 이유는

12년에 걸쳐서 굉장히 작은 폭으로 흔들리는 별을

여전히 우리의 과학기술로는 발견하기 힘들다고 생각되었기 때문인데요.

 

그리고 실제로 80년대와 90년대 초에

별이 흔들리는 것으로 파악이 된다는 주장이 있었지만

그 모두 다 측정상의 오류였던 것으로 밝혀졌죠.

 

 

이제 슬슬 소름 돋는 얘기를 하자면

미셀 마요르와 디디엘 쿠엘로는

페가수스자리 51별을 관측하는 도중에

이 별에서 스펙트럼의 변화를 발견하게 되었는데요.

 

빛을 내는 물체가 지구로부터 멀어지거나 가까워질 때

스펙트럼이 변하는데

이를 도플러 효과라고 합니다.

 

분광사진기로 파악한 이 별의 스펙트럼 변화는 매우 작았지만

분명히 별의 스펙트럼이

4일을 주기로 변화하고 있었습니다.

 

미셀 마이어가 이 측정 자료를 처음 발표했을 때만 해도

과학자들은 이번에도 80년대와 90년대 초에 나왔던

측정 오류 중의 하나라고 생각했습니다.

그래서 3년 동안 측정 데이터를 검증한 결과

놀랍게도 이 별은

4일을 주기로 흔들리고 있었습니다.

매우 규칙적으로

4일을 기준으로 계속해서 흔들리고 있었던 것이죠.

 

그래서 이 논문은

1995년 네이처지에 실리게 되고

세계최초의 외계행성으로 인정받게 되면서

이 외계행성은 페가수스 51b라는 명칭을 받게 됩니다.

 

재미난 건 이 외계행성 발견 하나로

지금까지의 태양계 형성 이론에 큰 변화가 생기게 되었는데

그전까지는 목성 같은 거대 가스행성은

물이 얼게 되는 온도보다

밖에서 생성이 된다고 생각해 왔고

그렇게 생성된 위치에서 태양을 공존하는 것이라고 생각이 되어 왔습니다.

 

하지만 이 페가수스 51b의 경우에는

목성보다도 거대한 가스행성이

수성궤도보다 훨씬 안쪽에서 항성을 공존하고 있었던 것인데요.

 

이런 행성을 뜨거운 목성형 행성이라고 부르게 되었습니다.

그리고 우주에서 뜨거운 목성형 행성이 굉장히 많이 발견되었는데

이는 도플러 효과의 한계 때문이기도 했지만

이것이 의미하는 바는 상당수의 항성계는

우리 태양계와는 달리

목성 같은 거대한 가스행성이 생기고 나서

그 행성이 항성 궤도 안쪽으로 계속 진입을 하면서

이 사이에 놓인 이제 지구 같은 행성들을

잡아먹게 되는 경우가 많았다는 것인데요.

 

그리고 지금 태양계의 목성의 경우도

현재 궤도보다 먼 궤도에서 형성된 이후에

태양계 안쪽 궤도로 진입하다가

무슨 이유인지 몰라도 다행히 현재 궤도에서

궤도가 멈추게 되었고

그 결과 우리가 살고 있는 지구가 무사하게 된 것이죠.

 

아무튼 최초의 외계행성이

지구처럼 쾌적한 환경은 아니었지만

우주에 대한 우리의 이해에 엄청난 변화를 가져왔습니다.

 

그리고 결국 미셜 마이어와 디디에 쿠엘로는

그 공로를 인정받아 이번에 노벨 물리학상을 받게 되는

명예를 누리게 되었는데요.

 

현재는 거의 5천 개에 달하는 외계행성이 발견되었고

지구와 비슷한 환경을 지녔을 것으로 예상되는 행성까지 발견이 되는 등

이렇게 외계행성에 대한 이야기는

더 이상 공상과학 이야기가 아니라

과학의 영역으로 이야기할 수 있는 그런 이야기가 되었습니다.

 

 

제 채널에서 외계생명체에 대한 이야기에 있어서

아직까지 외계생명체가 단 하나도 발견되지 않았다는 이유로

지구에만 이렇게 생명체가 존재한다는 주장이 있었는데요.

 

저는 이런 얘기만 들으면

1980년대까지 우주에서

그때까지 외계행성이 아직까지 하나도 발견되지 않았었다는 이유 하나만으로

우리은하에서 태양계가 되게 특별한 돌연변이이고

태양계에만 행성이 존재한다고 했었던

그 당시에 그런 재미난 주장들이 생각이 나는데요.

 

그때까지만 해도 그런 주장들이 있긴 했지만

실제로 지금은 외계행성들이 굉장히 많이 발견되고 있고

지금까지 측정한 데이터에 의해서

우리은하의 외계행성이 한두 개가 아니라

현재는 1조 개 이상 있을 것으로 예상이 되는 상황입니다.

 

그렇게 생각해 보면

현재는 우주의 생명체가 지구에만 있다고 생각하는 사람들도 많지만

과연 그런 주장이 미래에도 계속 유효할지 굉장히 궁금하네요.

그럼 이만.