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우주 이야기 1041 - 바다를 지닌 외계 행성은 얼마나 흔할까?


(This illustration shows NASA's Cassini spacecraft flying through plumes on Enceladus in October 2015. Credit: NASA/JPL-Caltech)

(This animated graph shows levels of predicted geologic activity among exoplanets, with and without oceans, compared to known geologic activity among solar system bodies, with and without oceans. Credit: Lynnae Quick & James Tralie/NASA's Goddard Space Flight Center)


 우주에는 수많은 행성이 존재합니다. 그 가운데 지구 같이 액체 상태의 물이 있고 생명체가 존재할 수 있는 행성이 어디에 존재하는지는 21세기 과학이 풀어야할 가장 큰 숙제 중 하나입니다. 비록 4천여 개의 외계 행성을 찾았지만, 이 가운데 대부분은 지구와 비슷한 행성이 아니고 설령 비슷하다고 해도 생명체가 존재할 수 있는지를 검증할 방법이 만만치 않다는 것이 큰 문제입니다. 


 나사의 행성 과학자인 린내 퀵 (Lynnae Quick)이 이끄는 연구팀은 외계 행성 가운데 액체 상태의 물을 지닐 수 있는 행성을 연구했습니다. 연구팀이 말하는 액체 상태의 물은 지구처럼 표면에 바다를 지닌 행성은 물론 엔셀라두스나 유로파처럼 얼음 지각 내부에 물을 지닌 경우도 포함합니다. 


 여러 가지 모델링과 이론적 예측을 통해 연구팀은 TRAPPIST-1을 비롯한 53개의 외계 행성 후보를 찾아냈습니다. 이 행성들은 지구 질량의 8배 이하인 행성들로 가스 행성보다는 암석 행성으로 예상되는 행성들입니다. 그 다음 연구팀은 액체 상태의 물을 존재하게 만들 수 있는 여러 가지 열원의 존재를 계산했습니다. 이는 내부 지질 활동에 의한 지열일수도 있고 유로파나 엔셀라두스처럼 모항성에 의한 조석 마찰일수도 있습니다. 


 그런데 만약 얼음 행성이라도 적당한 수준의 내부 지열과 지질활동이 존재할 경우 반드시 다른 천체의 중력에 의한 마찰열이 아니라도 내부의 바다를 지닐 수 있으며 종종 화산의 형태로 물을 뿜어낼 수 있습니다. 물론 지구와 비슷하게 액체 상태의 바다를 지닌 행성이라면 상당한 수증기를 대기 중에 품고 있을 것입니다. 만약 이 신호를 포착할 수 있다면 액체 상태의 물을 지니고 있다는 결정적인 증거가 되는 셈입니다. 


 불행히 현존하는 어떤 망원경으로도 지구형 외계 행성의 수증기를 포착하기는 어렵습니다. 하지만 제임스 웹 우주 망원경이라면 가능할수도 있습니다. 특히 중요한 관측 목표는 지구에서 39광년 떨어진 TRAPPIST-1 e, f, g, h 외계 행성이 될 것입니다. 물론 물이 존재한다는 것만으로 생명체의 존재를 확신할 순 없지만, 이를 검출하면 외계 행성 연구의 한 획을 긋는 연구가 될 것입니다. 


 참고 



Lynnae C. Quick et al, Forecasting Rates of Volcanic Activity on Terrestrial Exoplanets and Implications for Cryovolcanic Activity on Extrasolar Ocean Worlds, Publications of the Astronomical Society of the Pacific (2020). DOI: 10.1088/1538-3873/ab9504

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