외계행성 — 관측자를 위한 가이드

외계행성("태양계 외 행성"의 줄임말)은 태양이 아닌 다른 항성을 공전하는 행성을 말합니다. 인류 역사 대부분 기간 동안 우리는 단 여덟 개의 행성 — 우리 태양계의 세계들 — 만 알고 있었습니다. 오늘날 그 수는 5,800개 이상이 확정되었으며, 매달 늘어나고 있습니다.

그 숫자조차 엄청난 과소평가입니다. NASA의 Kepler 우주 망원경 — 2009년부터 2018년까지 우리 은하의 한 영역을 응시하며 약 15만 개의 별에서 행성 통과로 인한 주기적 감광을 관측한 행성 탐사 임무 — 은 우리 은하의 사실상 모든 별이 적어도 하나의 행성을 가진다는, 그리고 작은 암석 세계가 가스 거인보다 더 흔하다는 통계를 이끌어내기에 충분한 자료를 만들어냈습니다. 우리 은하에는 수천억 개의 별이 있습니다. 그 함의는 행성이 드문 우주적 우연이 아니라 — 일반적인 규칙이라는 것입니다.

이 세계들 중 어느 것도 아마추어 망원경(또는 대부분의 전문 망원경)에서 원반으로 보이지 않습니다. 확정된 거의 모든 외계행성은 간접적으로 — 모항성의 빛에 미치는 미세한 영향을 통해 — 검출되었습니다. 그러나 모항성 자체는 충분히 우리 시야 안에 있습니다. 어떤 별들은 어두운 밤에 맨눈으로 볼 수 있을 정도로 밝습니다.

수세기 동안 다른 행성의 존재는 철학적인 질문이었습니다. 최초의 확정된 검출은 1990년대에 이르러서야 이루어졌고, 그것도 누구도 예상하지 못한 순서로 다가왔습니다.

행성은 모항성보다 수백만 또는 수십억 배 더 어두우며 그 눈부신 빛 속에 자리합니다. 다섯 가지 기법이 확정된 거의 모든 검출을 만들어냈습니다.

행성 자체는 볼 수 없지만, 그 태양들은 분명히 볼 수 있습니다. 다른 세계를 가지고 있다는 것을 알고 있는 별에 망원경을 향하는 일은 관측에서 다른 어떤 것과도 견줄 수 없는 작고 조용한 즐거움입니다.

밝은 모항성 — 맨눈 또는 쌍안경

• Pollux (Beta Geminorum) — 등급 1.1, 쌍둥이자리. 맨눈으로 쉽게 보이는 주황색 거성입니다. Pollux b는 1.6년 궤도의 목성급 행성으로, 2006년에 시선속도법으로 발견되었습니다.
• Tau Ceti — 등급 3.5, 고래자리. 단 11.9광년 거리에 있는, 가장 가까운 단독 태양형 별입니다. 여러 슈퍼지구 후보가 보고되었고, 그 중 둘은 잠재적으로 생명체 거주 가능 영역에 있습니다. 오랜 세월 SF의 단골 소재였던 데에는 그만한 이유가 있습니다.
• Epsilon Eridani (Ran) — 등급 3.7, 에리다누스자리. 10.5광년 거리에 있는 젊은 K형 왜성으로, 알려진 목성 질량 행성 하나와 적어도 두 개의 잔해 띠를 가지고 있습니다 — 아마도 젊은 시절의 우리 태양계와 닮았을 행성계입니다.
• Upsilon Andromedae (Titawin) — 등급 4.1, 안드로메다자리. 1999년 이 별은 여러 행성을 거느린 것으로 확정된 최초의 태양형 별이 되었습니다. 현재 적어도 네 개의 행성이 알려져 있습니다.
• 51 Pegasi (Helvetios) — 등급 5.5, 페가수스자리. 외계행성 역사에서 표제어와 같은 이름 — 행성을 거느린 것으로 확정된 최초의 평범한 별(1995년)입니다. 어두운 하늘에서는 맨눈으로 보이며, 어디서나 편안한 쌍안경 표적이 됩니다.

어두운 모항성 — 적색왜성 망원경 표적

우리 은하 행성 대부분은 M형 왜성 — 작고 차가우며 풍부한 적색 별 — 을 공전합니다. 개별적으로는 희미하지만, 가장 가까운 것들은 어떤 괜찮은 망원경으로도 닿을 수 있는 거리에 있습니다.

외계행성 시대의 가장 큰 놀라움은 이 세계 대부분이 얼마나 낯선가 하는 점입니다. 알고 보니 우리 태양계는 대표적인 표본이 아니었습니다.

• 뜨거운 목성형 행성 (Hot Jupiters) — 목성 크기 또는 그 이상의 가스 거인이지만, 수성이 태양을 도는 거리보다 더 가까이 모항성을 공전합니다. 표면 온도는 1,000 K에서 3,000 K. 검출이 쉬우며, 태양형 별 주위에서 발견된 최초의 행성 종류였습니다 — 51 Pegasi b가 그 원형입니다.
• 슈퍼지구와 미니해왕성 — 우리 은하에서 가장 흔한 행성 종류입니다. 슈퍼지구는 지구 반지름의 1–2배 크기인 암석 세계이며, 미니해왕성은 두꺼운 가스 외피를 가진 약간 더 큰(2–4배) 행성입니다. 우리 태양계에는 이런 것이 하나도 없습니다 — 지구와 해왕성 사이의 빈틈은 보편적인 패턴이 아니라 우리 태양 행성계의 특이성입니다.
• 초단주기 행성 — 한 해 전체가 단 몇 시간 동안 지속되는 세계입니다. 어떤 것은 모항성에 너무 가까워서 표면이 녹은 암석이며, 대기가 있다면 그것은 암석 증기입니다.
• 떠돌이 행성 — 모항성 없이 성간 공간을 떠도는 자유 부유 세계입니다. 미세렌즈 탐사는 이들이 별 자체만큼이나 많을 수 있다고 시사합니다 — 거대하고 어두우며 산재한 개체군입니다.
• 지구형 유사 행성 (Earth analogues) — 성배입니다. 대략 지구 크기, 대략 지구 질량의 행성이 오래 사는 별의 생명체 거주 가능 영역을 공전하는 것. 우리는 그럴듯한 후보 몇 개를 가지고 있습니다 — Proxima b, 안쪽 TRAPPIST-1 세계들, 여러 Tau Ceti 후보 — 하지만 아직 확실한 쌍둥이는 없습니다.

생명체 거주 가능 영역이란 적절한 종류의 대기를 가진 암석 행성이 그 표면에 액체 물을 그럴듯하게 유지할 수 있는 항성 주위의 궤도 거리 띠를 말합니다. 너무 가까우면 바다가 끓어 사라지고, 너무 멀면 얼어붙습니다.

태양의 경우 이 영역은 대략 지구 궤도 안쪽에서 화성 너머까지 이어집니다. Proxima Centauri 같은 차가운 적색왜성의 경우 훨씬 더 안쪽 — 지구의 태양으로부터의 거리의 몇 퍼센트 — 에 위치합니다. 이것이 11일 궤도의 Proxima b가 여전히 생명체 거주 가능 영역 후보인 이유입니다: 그 별은 우리 태양보다 훨씬 차갑기 때문입니다.

확정된 생명체 거주 가능 영역 행성의 수 — 외계행성 카탈로그 상단에 표시됨 — 는 이 분야에서 가장 주목받는 숫자 중 하나입니다.

Nightbase는 전체 NASA 외계행성 아카이브를 미러링합니다: 확정된 모든 외계행성, 그 모항성, 발견 방법, 궤도, 그리고 측정된 속성을 모두 포함합니다.