우주 이야기 337 - 외계 행성도 원형 궤도를 공전한다.

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 지구를 비롯한 태양계의 행성들은 상당히 원형에 가까운 궤도를 돌고 있습니다. 물론 엄밀하게 말하면 모두 타원궤도를 돌고 있다는 것은 분명합니다. (여담이지만 이것을 처음 발견한 이는 요하네스 케플러이죠. 즉 케플러의 법칙입니다) 그러나 만약 지구 궤도를 그려 보면 타원보다는 거의 원에 가깝다는 인상을 받게 됩니다.

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 태양에너지가 도달하는 정도는 거리의 제곱에 반비례하기 때문에 만약 지구 - 태양의 거리가 이심률이 큰 길쭉한 타원 궤도를 돌게 되면 지구의 계절은 거의 극단적인 변화를 겪게 될 것입니다.

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 다행히 지구의 공전궤도는 거의 원에 가까워서 근일점과 원일점의 (각각 태야에서 지구가 가장 가까워지는 지점과 멀어지는 지점) 차이가 3.3% 정도 (약 500만km)에 지나지 않습니다. 보통 지구가 근일점에 도달하는 시점은 1월초이고 원일점에 도달하는 시점은 7월인데 도달하는 태양에너지의 차이는 6-7% 차이입니다. ( http://blog.naver.com/jjy0501/100161760285 참조 )

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 만약 지구의 공전궤도가 근일점과 원일점의 차이가 2배라면 에너지 차이는 4배가 나게 될 것입니다. 그러면 지구는 1월에는 사람이 살수 없을 만큼 뜨거운 행성이되었다가 7월에는 완전히 얼어붙게 될 것입니다. 따라서 원에 가까운 궤도는 인류의 생존에 매우 중요한 환경입니다. 그러면 과연 다른 외계 행성들은 어떨까요?

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 현재 지구 같은 작은 암석형 외계 행성은 관측 기술의 한계로 말미암아 목성형 외계 행성보다 훨씬 적게 알려져 있습니다. 하지만 케플러 우주 망원경을 비롯한 최신 관측 장비의 도움으로 최근 과학자들은 비교적 작은 크기의 외계 행성들을 다수 찾아냈습니다.

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 MIT와 덴마크 오르후스 대학(Aarhus University)의 연구자들은 28개의 별 주변을 공전하는 작은 외계 행성 74개의 공전궤도를 분석해서 이를 저널 에 발표했습니다. 연구의 리더인 빈센트 반 에일린(Vincent Van Eylen)에 의하면 다른 외계 행성들도 지구와 비슷한 원형 궤도를 공전하는 것 같다고 합니다.(We find that for small planets, circular is probably the norm) 물론 이는 외계 생명체를 찾으려는 과학자들에게는 희소식이라고 할 수 있습니다.

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(외계 행성계인 케플러 - 444의 상상도. The system Kepler-444 formed when the Milky Way galaxy was a youthful two billion years old. The planets were detected from the dimming that occurs when they transit the disc of their parent star, as shown in this artist's conception. Credit: NASA )  

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​ 이들은 케플러 우주 망원경의 데이터를 통해서 각 외계 행성의 공전 궤도를 추정했습니다. 물론 가장 좋은 방법은 직접 외계 행성을 관측해서 정확한 공전 궤도를 알아내는 것이지만, 현재 우리가 가진 관측 기기를 한계까지 끌어올려도 그런 일은 극히 일부 외계 행성에서만 가능합니다.

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 연구자들은 각 외계 행성이 모항성 앞을 지나는 주기를 측정했습니다. 즉 모항성 앞을 가리는 시간과 이 행성의 공전 주기를 측정하면 대략적으로 길쭉한 타원 궤도인지 비교적 원궤도인지를 추정할 수 있습니다. 머리속에서 원궤도와 길쭉한 타원궤도의 차이를 생각해보면 알 수 있는 이야기입니다.

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 아무튼 이 연구 결과는 우주에 지구 같은 거의 원에 가까운 궤도를 도는 외계 행성이 드물지 않다는 사실을 알려주고 있습니다. 물론 외계 행성 74개는 전체 외계 행성 수에 비하면 매우 적은 수에 불과합니다. 아마도 우주에는 더 다양한 경우의 수가 있을 것입니다. 하지만 우주에 지구 같은 안정된 원궤도를 공전하는 지구형 행성이 많다는 것은 지구와 유사한 환경을 지닌 행성이 매우 흔할 것이라는 과학자들의 추정에 힘을 더하는 소식입니다.

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 과연 이 중에 생명체가 사는 행성은 얼마나 흔할까요 ?

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참고

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​ Eccentricity from Transit Photometry: Small Planets in Kepler Multi-Planet Systems Have Low Eccentricities, Vincent Van Eylen & Simon Albrecht, 2015, to appear in the Astrophysical Journal. Preprint: arxiv.org/abs/1505.02814].

  http://phys.org/news/2015-06-circular-orbits-small-exoplanets.html#jCp

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