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2012년 6월 22일 금요일

우주 이야기 43 - 케플러 미션 중간 보고. 얼마나 많은 외계 행성을 찾았는가 ?



 본 포스팅을 읽기 전에 케플러 미션과 케플러 우주선에 대한 이전 포스트를 보실 것을 권합니다 .


 이전에 소개드린 외계 행성 사냥꾼 케플러 우주선 (Kepler spacecraft) 이 2009년 3월 7일 발사된지 거의 2년이 지난 시점에서 그 관측 결과 들이 하나씩 보고 되고 있다. 본 포스팅에서는 그간의 경과와 관측 결과에 대해서 설명해 보기로 한다. 


 1. 관측 경과


 케플러 우주 망원경은 약 1톤 정도되는 관측 위성으로 2009년 3월 7일 발사되었으며 발사 직후 영상을 지상으로 전송했다. 이 거대한 우주 디지털 카메라의 영상을 분석한 케플러 과학 팀은 포커스를 좀더 조정하면 더 좋은 결과를 낼 수 있다는 결론을 내렸다 (09년 4월 20일)  포커스 수정 작업은 3일 후 완료되었으며 거울의 위치가 미세하게 조정 (주경이 40 마이크로미터 이동되고 0.0072 도 각도를 조정했다) 되어 더 좋은 영상을 얻을 수 있게 되었다. 


 이렇게 포커싱을 마친 케플러 우주 망원경은 본격적인 관측에 들어가 2009년 6월 19일 그 첫번째 관측 데이터를 지구로 전송했다. 그러나 실망스럽게도 케플러가 보낸 데이터를 분석한 과학팀은 이 우주 망원경이 안전 모드 (Safe mode) 로 진입했다는 사실을 알게 되었다. 케플러는 발사후  2차례 안전 모드로 진입했으며 각각 6월 15일과 7월 2일에 프로세서 리셋과 관련해서 문제를 일으켰다. 


 2009년 7월 3일에 이르러서 정상 관측을 시작한 케플러 우주 망원경은 그제서야 정상적으로 데이터를 지구로 보내왔다. 참고로 이 우주 망원경은 한달에 한번 정도 약 90 - 100 기가 비트 (Gigabit) 정도의 데이터를 지구로 보냈다.
데이터에 대해서는 나중에 설명드리겠다. 


 그외에도 케플러 우주 망원경은 2009년 10월에 프로세서에 저전압 전력을 공급하는 파워 서플라이 문제와 MOD - 3 모듈 문제등 자잘한 문제를 일으키긴 했지만 데이터 관측에는 큰 문제가 없었고 주기적으로 데이터를 지구로 보내왔으며 현재도 관측 임무를 성공적으로 수행하고 있다. (아래는 케플러 미션에 대한 동영상)





 2. 관측 결과


 나사는 케플러 우주 망원경 관측 결과를 2009년 8월 6일 처음 발표했다. 그러나 새로운 외계 행성을 대거 밝혀낸 것은 아니었다. 대신 케플러는 이미 그 존재가 알려진 외계행성 HAT - P -7b 을 성공적으로 찾아내서 행성 사냥꾼 으로서 제 기능을 할 수 있음을 보여주었고 처음에는 그 정도로 기능을 확인하는 선에서 만족해야만 했다. 



 그 이유는 앞서 포스팅에서 설명한 대로 케플러의 관측 원리상 - 행성이 모항성 앞을 지날 때 빛을 가리는 원리를 이용한다 - 장시간의 관측을 토대로 밝기 변화를 측정해야 하기 때문이다. 예를 들어 외계인이 케플러 우주 망원경과 비슷한 우주 망원경을 발사해서 지구가 있다는 결론을 내리려면 우선 그 외계인이 봤을 때 지구 - 태양 - 외계 행성이 직선상에 놓여 지구가 태양앞을 가로 질러 가야 할 뿐 아니라 1년 정도 관측해야 1번 정도 태양 앞을 가로지르는 지구의 존재를 알기 때문이다.


따라서 공전 주기가 긴 지구 같은 행성을 관측하기 위해서는 어느 정도 시간이 필요했다 (이에 대한 자세한 설명은 앞서 케플러 포스팅에서 한바 있으니 참조) 최초 관측한 HAT - P - 7b 는 목성보다 좀 큰 행성으로 모항성과의 거리가 0.0377 AU 에 불과해 공전 주기가 2.2 일 정도 밖에 안되기 때문에 짧은 시간 안에 관측이 가능했다. 


 케플러 과학 팀은 첫 몇달간의 데이터를 측정해서 이 중에서 밝기가 변하는 것이 의심되는 7500개의 후보 항성을 가려냈다. 그리고 이중 많은 항성이 후보 에서 탈락하고 새로운 후보 항성으로 교체되었다. 한편 처음 6주간의 케플러 우주 망원경의 관측 데이터와 지상의 망원경과의 연계를 통한 연구에서 케플러 연구 팀은 이제까지 밝혀지지 않았던 5개 외계 행성이 새롭게 밝혀졌음을 알게 되었다. 


 이 외계 행성들은 각각 kepler 4b, 5b, 6b,7b, 8b 의 명칭이 붙었으며 이 중에서 kepler 4b 의 크기는 해왕성과 약간 컸고 나머지 행성들은 목성 보다 큰 크기였다. 



(케플러가 처음 찾아낸 케플러 4b 의 크기를 해왕성과 비교한 것  CCL 에 따라 복사 허용   저자 표시   저자
Aldaron, a.k.a. Aldaron )


 
( 케플러 우주 망원경이 찾아낸 최초 5개의 외계 행성들과 목성, 지구와의 크기 비교  This file is in thepublic domain because it was created by NASA.)



(이 그림에서 보듯이 케플러 우주 망원경은 행성이 모항성의 앞을 지날 때 일시적으로 밝기가 어두워짐을 이용한다  This file is in the public domain because it was created by NASA.))




 이후 케플러 미션은 지속적으로 데이터를 업데이트 하고 있으며 지금까지 수많은 후보 행성계를 찾아내 공개하고 있다. 공개된 데이터는 아래의 나사 사이트에서 볼 수 있도록 서비스를 하고 있으니 관심 있으신 분은 한번 찾아가 보는 것도 괜찮을 듯 하다. 





또 대중의 이해를 돕기 위해 확인 (confirm) 작업을 거친 외계행성에 대해서는 아래 사이트에서 상세 자료를 공개하고 있으니 관심있으신 분은 한번 찾아가 보시길 권한다.


http://planetquest.jpl.nasa.gov/atlas/atlas_search.cfm?Sort=Star&SorDir=ASC&Planet_Type=Kepl


 나사의 발표에 의하면 2011년 2월 2일까지 케플러 미션이 찾아낸 외계 행성 후보는 모두 1235 개이다. 그러나 이런 후보 들이 모두 실제 외계 행성으로 확인 되는 것은 아니다. 케플러가 찾아낸 후보들은 다시 지상과 우주의 망원경으로 검증 과정을 거친 후 실제 외계 행성으로 등재되게 되며 그 크기와 질량, 공전 궤도, 예상 표면 온도들의 특징이 재확인 과정을 거치게 되는데 사실 과학에서 데이터를 수집하는 것 이상 중요한 일이 있다면 바로 이 데이터가 정확한지를 확인하는 일일 것이다. 


 사실 이 글을 시점까지 확실히 확인 (confirm) 된 외계 행성은 15개 정도에 지나지 않는다. 그러나 확인 작업이 끝나면 그 숫자가 엄청나게 불어나게 될 것임에 틀림없다. 한 보고에 의하면 아마 후보 중 90% 정도가 실제 행성이고 10% 는 위양성 (false positive : 실제 양성이 아닌데 양성으로 나타나는 것) 으로 생각된다고 한다. 


 1235개의 후보 행성들은 997개의 항성 주변을 돌고 있다. 그리고 이중 68개는 지구와 비슷한 크기이며 288개는 슈퍼 지구, 662개는 해왕성 크기, 165개는 목성 크기, 19개는 목성의 2배 크기이다. 생명체가 존재할 수 있다고 여겨지는 생존권 (Habitual zone) 에 있는 지구의 2-5 배 정도 크기 행성은 54개 정도가 후보로 올라와 있다. 이는 과거 연구와 비교해서 생명체 존재 가능성이 있는 외계 행성을 대거 발견한 셈이라고 하겠다. 


 현재까지 데이터를 종합해 보면 사실 생명체가 살 수 있다고 생각되는 소위 골디락스 존에 해당될 행성의 후보는 제법 있을 것으로 생각된다. 케플러 미션의 데이터가 암시하는 것은 우리 은하계에 무려 1억개에 달하는 생명체가 살 수 있는 행성이 있을 수 있는 가능성이다. (이것이 잘못 이해되어 지구와 비슷한 행성이 1억개라는 이야기가 나오는데 그것은 좀 다른이야기다)

 이것만으로도 흥분되는 결과이지만 아직 케플러는 관측을 진행하는 중이고 현재 데이터가 모두 수집되지도, 분석되지도 않았기 때문에 앞으로 계속 업데이트 될 연구 결과를 기다려야 할 것이다. 


 한편 최근에 보고된 흥미로운 케플러 미션의 결과는 케플러 11 (Kepler 11) 이라는 태양과 비슷한 주계열성과 그 주변을 도는 태양계 같은 행성계이다. 케플러 11은 지구에서 약 2000광년 떨어져 있으며 백조 자리 방향에 존재한다. 이 별은  나이가 약 80억년 되는 점을 제외하고 그 특징이 태양과 매우 흡사하다. 질량, 표면온도, 분광형 등 여러 특징이 그야 말로 태양같은 별이다. 


 사실 이런 별은 은하계에 흔하게 있겠지만 주목할 만한 특징은 바로 주변을 돌고 있는 행성계의 존재다.  케플러에 의해 발견된 행성계는 모두 6개이며 그 중 5개는 수성 궤도 안쪽이기 때문에 쉽게 발견되었다. 그리고 좀더 떨어진 지점에 목성만한 행성이 추가로 발견되었다. 



(나사가 공개한 일러스트, 케플러 11 행성계는 사실 또 다른 태양계라고 할 만하다  This file is in thepublic domain because it was created by NASA. )




(나사가 공개한 또 다른 컨셉 아트  This file is in the public domain because it was created byNASA. )


 사실 이 또 다른 태양계의 행성들은 생명체가 살기에는 모항성에 너무 가까이 있지만 사실 아직 발견하지 못한 지구 비슷한 행성이 있을 지도 모른다. 앞서 이야기 했듯이 케플러 우주 망원경은 지구에서 봤을 때 모항성 앞을 지나는 행성만 찾아낼 수 있기 때문에 우리가 발견한 것이 전부라고 말할 수 없다. 다만 태양 같은 흔한 항성 주변에 태양계와 비슷한 행성계가 존재하리라는 우리의 예상을 어느 정도 뒷받침 하는 발견이라고 할 수 있다. 


 아무튼 케플러 미션은 순조롭게 진행되고 있으며 이 우주에 지구와 비슷하거나 혹은 생명체가 살수 있는 행성이 무수히 많이 있을 것이라는 우리의 생각이 옳다는 구체적인 증거를 제시해 나가고 있다. 향후 새로운 관측 기술의 발전 한다면 우리는 좀 더 구체적인 외계 생명체의 존재를 알 게 될 것이다. 




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