기본 콘텐츠로 건너뛰기

우주 이야기 214 - 외계 행성의 질량, 밀도, 크기, 그리고 대기 조성을 아는 방법


 수십년 전까지만 해도 외계 행성의 존재를 입증하는 것 자체가 획기적인 일이던 시절도 있었지만 이미 인류가 찾아낸 외계 행성의 숫자는 이미 1000 개를 넘어선 상태입니다. 과학자들은 외계 행성의 존재 여부를 넘어서 외계 행성의 공전 주기, 크기, 질량, 밀도, 구성, 대기 등 더 자세한 데이터를 알기 원하고 있습니다. 


 가장 좋은 방법은 강력한 망원경으로 상세한 관측을 하는 것입니다. 하지만 현재까지 나온 망원경으로는 직접 이미지를 구하는 것은 매우 힘든 일이며 아주 운이 좋은 소수의 케이스에서만 직접 이미지를 촬영하는데 성공했을 뿐입니다. 그나마 촬영된 사진은 아주 작은 점에 불과한 경우가 대부분입니다. 


 따라서 외계 행성의 상세한 데이터를 얻기 위해서는 여러가지 간접적인 방법이 필요합니다. 나사에서 공개한 영상 가운데 이를 설명하는 내용이 있습니다. (사실 이 동영상은 이전 포스트에서도 참조로 올린 적이 있습니다.   http://jjy0501.blogspot.kr/2013/12/water-on-the-Alien-Planet.html ) 여기에 괜찮은 내용이 있는 것 같아서 다시 설명을 해봅니다. 




(동영상 )   


 사실 아주 여러가지 방법 중 일부를 설명한 것이지만 이해는 쉽습니다. 


 1. 지구나 혹은 우주에 있는 망원경이 관측했을 때 모항성 앞을 행성이 지나치는 경우 (즉 식현상이 발생하는 경우) 밝기가 미세하게 감소하게 됩니다. 이 때 감소한 밝기의 양을 계산하면 행성의 크기 (지름) 을 알 수 있습니다. 더 나아가 밝기가 감소한 주기를 측정하면 공전 주기를 측정할 수도 있습니다. 



(식현상을 이용해서 밝기의 감소로 외계 행성의 크기와 공전 주기를 추정할 수 있음.  Image of a planet transiting a star, for illustration of transit method of discovery of extrasolar planets. Sizes of the star, the planet and its orbit are roughly like HD 209458b. Author : Nikola Smolenski ) 


2. 모항성은 근처를 공전하는 외계 행성 때문에 조금씩 흔들리게 됩니다. 외계 행성의 질량을 직접 측정할 수는 없지만 항성의 경우 관측을 통해 질량을 알아낼 수 있기 때문에 이를 통해서 외계 행성의 질량을 추정할 수 있습니다. 큰 질량을 가진 외계 행성일 수록 더 크게 모항성을 흔들 것입니다. 



(위의 경우는 과장된 것이긴 하지만 아무튼 주변을 공전하는 행성 때문에 모항성도 흔들리게 됨. 물론 지구도 달 때문에 조금씩 흔들리면서 태양 주변을 공전 중.  public domain image )


 3. 만약 운좋게 1/2 의 결과를 모두 알 수 있는 외계 행성이 있다면 우리는 외계 행성의 크기, 질량을 알기 때문에 역으로 밀도도 구할 수 있습니다. 결국 질량을 부피로 나누면 밀도가 되기 때문이죠. 그리고 밀도를 알게 되면 이 외계 행성의 주된 구성 성분이 무엇인지도 알 수 있습니다. 


 예를 들어 가스인데 거의 수소로만 된 경우라면 매우 밀도가 낮을 것이고 철과 같은 금속 성분이 많다면 밀도가 높을 것입니다. 물론 같은 가스 행성이라도 중력에 의한 자체 압축을 고려하면 클수록 밀도는 높습니다. 따라서 질량, 밀도를 모두 감안해서 판단을 내리게 됩니다.  




(외계 행성의 밀도에 따른 다양한 구성 성분의 가능성  Credit :   Marc Kuchner/NASA GSFC) 


 4. 대기 조성 

 대기 조성을 알아내는 방법은 위의 경우보다 훨씬 까다롭습니다. 아주 운좋게 스펙트럼을 분석하는데 성공할 수 있어야 대기의 조성을 확인할 수 있습니다. 이 부분은 이전 포스트에서 설명했기 때문에 앞에서 링크를 건 이전 포스트를 확인해 주시기 바랍니다. 아무튼 만약 어렵게 스펙트럼을 구할 수 있으면 그 행성의 대기에 대한 것도 알아낼 수 있습니다.


 위에서는 매우 간단하게 기술했지만 사실 실제로 이것들을 알아내는 과정은 매우 어려운 일이며 현재는 아주 소수의 외계 행성에만 적용이 가능합니다. 하지만 결국 미래에는 더 강력한 망원경이 개발되어 이와 같은 연구가 훨씬 수월해질 것으로 보입니다. 결국 과학자들은 언젠가 지구 같은 별이 우주에 얼마나 흔한지에 대해서 더 자신있게 이야기 할 수 있게 될 것입니다. 


 이 모든 연구의 정점은 아마도 단순히 지구 같은 외계 행성이 아니라 외계 생명체의 강력한 증거를 직접 관측하는 일일 것입니다. 과연 그게 언제 가능할지는 모르지만 말이죠.  


 참고 




라벨:

댓글

댓글 쓰기

이 블로그의 인기 게시물

통계 공부는 어떻게 하는 것이 좋을까?

 사실 저도 통계 전문가가 아니기 때문에 이런 주제로 글을 쓰기가 다소 애매하지만, 그래도 누군가에게 도움이 될 수 있다고 생각해서 글을 올려봅니다. 통계학, 특히 수학적인 의미에서의 통계학을 공부하게 되는 계기는 사람마다 다르긴 하겠지만, 아마도 비교적 흔하고 난감한 경우는 논문을 써야 하는 경우일 것입니다. 오늘날의 학문적 연구는 집단간 혹은 방법간의 차이가 있다는 것을 객관적으로 보여줘야 하는데, 그려면 불가피하게 통계적인 방법을 쓸 수 밖에 없게 됩니다. 이런 이유로 분야와 주제에 따라서는 아닌 경우도 있겠지만, 상당수 논문에서는 통계학이 들어가게 됩니다.   문제는 데이터를 처리하고 분석하는 방법을 익히는 데도 상당한 시간과 노력이 필요하다는 점입니다. 물론 대부분의 학과에서 통계 수업이 들어가기는 하지만, 그것만으로는 충분하지 않은 경우가 많습니다. 대학 학부 과정에서는 대부분 논문 제출이 필요없거나 필요하다고 해도 그렇게 높은 수준을 요구하지 않지만, 대학원 이상 과정에서는 SCI/SCIE 급 논문이 필요하게 되어 처음 논문을 작성하는 입장에서는 상당히 부담되는 상황에 놓이게 됩니다.  그리고 이후 논문을 계속해서 쓰게 될 경우 통계 문제는 항상 나를 따라다니면서 괴롭히게 될 것입니다.  사정이 이렇다보니 간혹 통계 공부를 어떻게 하는 것이 좋겠냐는 질문이 들어옵니다. 사실 저는 통계 전문가라고 하기에는 실력은 모자라지만, 대신 앞서서 삽질을 한 경험이 있기 때문에 몇 가지 조언을 해줄 수 있을 것 같습니다.  1. 입문자를 위한 책을 추천해달라  사실 예습을 위해서 미리 공부하는 것은 추천하지 않습니다. 기본적인 통계는 학과별로 다르지 않더라도 주로 쓰는 분석방법은 분야별로 상당한 차이가 있을 수 있어 결국은 자신이 주로 하는 부분을 잘 해야 하기 때문입니다. 그러기 위해서는 학과 커리큘럼에 들어있는 통계 수업을 듣는 것이 더 유리합니다...
댓글 4개
자세한 내용 보기

9000년 전 소녀의 모습을 복원하다.

( The final reconstruction. Credit: Oscar Nilsson )  그리스 아테나 대학과 스웨덴 연구자들이 1993년 발견된 선사 시대 소녀의 모습을 마치 살아있는 것처럼 복원하는데 성공했습니다. 이 유골은 그리스의 테살리아 지역의 테오페트라 동굴 ( Theopetra Cave )에서 발견된 것으로 연대는 9000년 전으로 추정됩니다. 유골의 주인공은 15-18세 사이의 소녀로 정확한 사인은 알 수 없으나 괴혈병, 빈혈, 관절 질환을 앓고 있었던 것으로 확인되었습니다.   이 소녀가 살았던 시기는 유럽 지역에서 수렵 채집인이 초기 농경으로 이전하는 시기였습니다. 다른 시기와 마찬가지로 이 시기의 사람들도 젊은 시절에 다양한 질환에 시달렸을 것이며 평균 수명 역시 매우 짧았을 것입니다. 비록 젊은 나이에 죽기는 했지만, 당시에는 이런 경우가 드물지 않았을 것이라는 이야기죠.   아무튼 문명의 새벽에 해당하는 시점에 살았기 때문에 이 소녀는 Dawn (그리스어로는  Avgi)라고 이름지어졌다고 합니다. 연구팀은 유골에 대한 상세한 스캔과 3D 프린팅 기술을 적용해서 살아있을 당시의 모습을 매우 현실적으로 복원했습니다. 그리고 그 결과 나타난 모습은.... 당시의 거친 환경을 보여주는 듯 합니다. 긴 턱은 당시를 살았던 사람이 대부분 그랬듯이 질긴 먹이를 오래 씹기 위한 것으로 보입니다.   강하고 억센 10대 소녀(?)의 모습은 당시 살아남기 위해서는 강해야 했다는 점을 말해주는 듯 합니다. 이렇게 억세보이는 주인공이라도 당시에는 전염병이나 혹은 기아에서 자유롭지는 못했기 때문에 결국 평균 수명은 길지 못했겠죠. 외모 만으로 평가해서는 안되겠지만, 당시의 거친 시대상을 보여주는 듯 해 흥미롭습니다.   참고  https://phys.org/news/2018-01-te...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

150년 만에 다시 울린 희귀 곤충의 울음 소리

  ( The katydid Prophalangopsis obscura has been lost since it was first collected, with new evidence suggesting cold areas of Northern India and Tibet may be the species' habitat. Credit: Charlie Woodrow, licensed under CC BY 4.0 ) ( The Museum's specimen of P. obscura is the only confirmed member of the species in existence. Image . Credit: The Trustees of the Natural History Museum, London )  과학자들이 1869년 처음 보고된 후 지금까지 소식이 끊긴 오래 전 희귀 곤충의 울음 소리를 재현하는데 성공했습니다. 프로팔랑곱시스 옵스큐라 ( Prophalangopsis obscura)는 이상한 이름만큼이나 이상한 곤충으로 매우 희귀한 메뚜기목 곤충입니다. 친척인 여치나 메뚜기와는 오래전 갈라진 독자 그룹으로 매우 큰 날개를 지니고 있으며 인도와 티벳의 고산 지대에 사는 것으로 보입니다.   유일한 표본은 수컷 성체로 2005년에 암컷으로 생각되는 2마리가 추가로 발견되긴 했으나 정확히 같은 종인지는 다소 미지수인 상태입니다. 현재까지 확실한 표본은 수컷 성체 한 마리가 전부인 미스터리 곤충인 셈입니다.   하지만 과학자들은 그 형태를 볼 때 이들 역시 울음 소리를 통해 짝짓기에서 암컷을 유인했을 것으로 보고 있습니다. 그런데 높은 고산 지대에서 먼 거리를 이동하는 곤충이기 때문에 낮은 피치의 울음 소리를 냈을 것으로 보입니다. 문제는 이런 소리는 암컷 만이 아니라 박쥐도 잘 듣는다는 것입니다. 사실 이들은 중생대 쥐라기 부터 존재했던 그룹으로 당시에는 박쥐가 없어 이런 방식이 잘 통했을 것입니다. 하지만...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기