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우주 이야기 473 - 뜨거운 목성의 미네랄 구름



(Artist’s impression of the planet HD 189733b. Credit: NASA, ESA, M. Kornmesser)


 과학자들은 이미 수천 개의 외계 행성을 찾아냈습니다. 그리고 이제 외계 행성의 존재를 넘어 그 특징을 파악하려는 연구가 진행 중에 있습니다. 여기에는 대기의 구조와 조성이 포함되어 있습니다. 


 지구에서 64광년 떨어진 뜨거운 목성형 행성인 HD 189733b은 그 가까운 거리 때문에 태양계에는 존재하지 않는 뜨거운 목성(hot Jupiter)형 행성을 연구하는 과학자들의 주목을 받고 있습니다. 뜨거운 목성은 목성보다 보통 더 큰 질량을 가지고 있으나 수성보다 훨씬 가까운 궤도에 있어 표면온도가 섭씨 1000도가 훨씬 넘는 독특한 천체입니다. 


 영국 세인트 앤드류스 대학의 그라함 리 (Graham Lee of the University of St Andrews, U.K)를 비롯한 천문학자들은  3D radiative-hydrodynamic (RHD) 모델 방식을 이용해서 이 행성의 구름이 어떻게 구성되어 있을지를 시뮬레이션 했습니다. 


 그 결과 1 bar (압력의 단위 해수면 100m 에서 기압이 1 bar. 10^5N/㎡)정도 압력에서 주된 구름 입자는 0.01 to 0.5 µm 크기의 매우 미세한 입자들로 구성되어 있으며, 10 bar 정도 압력에서는 0.1에서 1mm 정도의 입자로 되어 있는 것으로 나타났습니다. 


 하지만 더 독특한 부분은 바로 구름의 화학적 성질입니다. 뜨거운 온도인 만큼 이 온도에서는 산화 규소가 기체 상태로 존재할 수 있습니다. 일산화규소와 이산화규소 (Silicon monoxide and silicon dioxide)는 중상층 구름에서 특히 풍부한 것으로 나타났는데, 이는 태양계의 차가운 목성형 행성에서는 보기 어려운 화학적 구성입니다. 따라서 구름의 모양 역시 목성과는 차이가 있을 것으로 보입니다.


 가장 독특한 부분은 상층 대기에 이산화티타늄 입자(titanium dioxide particles)가 풍부하게 존재한다는 사실입니다. 매우 고온에서 기체 상태로 존재하는 물질이지만, 뜨거운 목성의 용광로 온도의 대기를 생각하면 불가능한 일은 아닙니다. 


 다만 이와 같은 모델 예측은 앞으로 관측을 통해서 다시 확인될 필요가 있습니다. 어쨌거나 뜨거운 목성은 단순히 목성의 뜨거운 버전이 아니라 우리 태양계에는 존재하지 않는 독특한 행성일 것입니다. 


 참고 


 Dynamic mineral clouds on HD 189733b I. 3D RHD with kinetic, non-equilibrium cloud formation, arXiv:1603.09098 [astro-ph.EP] arxiv.org/abs/1603.09098

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