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우주 이야기 1111 - 한쪽에만 화산이 몰려 있는 화산 외계 행성



 (This artist's illustration represents the possible interior dynamics of the super-Earth exoplanet LHS 3844b. The planet's interior properties and the strong stellar irradiation might lead to a hemispheric tectonic regime. Credit: © Universität Bern / University of Bern, Thibaut Roger)



 태양계에서 가장 화산 활동이 활발한 천체는 목성의 위성인 이오입니다. 수백개의 거대한 화산이 이오에서 끊임없이 화산 분출물과 용암을 뿜어내고 있어 표면은 마치 유황불 지옥을 방불케합니다. 이렇게 활발한 화산 활동이 가능한 이유는 목성의 강력한 중력에 의한 조석 마찰입니다. 이오의 사례는 비슷한 형태의 외계 행성이나 외계 위성이 있을지도 모른다는 점을 시사합니다. 



 스위스 베른 대학의 토비어스 메이어 (Tobias Meier from the Center for Space and Habitability (CSH) at the University of Bern)가 이끄는 국제 천문학자팀은 지구에서 45광년 떨어진 외계 행성인 LHS 3844b가 그 후보일 수 있다는 연구 결과를 발표했습니다. 



 LHS 3844b는 이오처럼 모항성에 매우 근접한 외계 행성으로 지구보다 약간 큰 크기지만, 관측 결과에 따르면 대기가 없는 것으로 보입니다. 모항성에서 가까운 거리 때문에 달이나 이오처럼 조석 고정이 되어 항상 한쪽면만 별을 바라보는 구조입니다. 즉 행성의 한쪽은 영원한 낮이고 반대쪽은 영원한 밤인 상태입니다. 



 연구팀의 시뮬레이션에 의하면 LHS 3844b의 낮인 부분은 섭씨 800도 이상이고 반대쪽은 영하 250도까지 온도가 떨어질 것으로 예상됩니다. 그런데 이렇게 큰 온도 차이는 내부의 맨틀 대류에도 영향을 미칠 수 있습니다. 강력한 복사 에너지를 받는 낮 부분은 맨틀이 뜨거워져 밀도가 낮아지지만, 밤인 부분은 온도가 내려가 밀도가 높아집니다. 결국 맨틀 상승이 한쪽 방향으로 이뤄지면서 밤인 부분에는 화산 활동이 활발하게 이뤄질 가능성이 있습니다. 



 연구팀이 제시한 모델에 따르면 이 행성은 한쪽에만 이오처럼 화산 활동이 활발한 독특한 화산 행성입니다. 외계 행성의 지질 활동은 사실 알아내기가 어렵지만, 만약 관측이 가능하다면 LHS 3844b는 외계 행성의 화산 활동을 관측할 수 있는 첫 번째 후보가 될 수 있습니다. 지구에서 상대적으로 가깝기 때문입니다. 



 물론 연구팀의 모델이 옳은지 검증하기 위해서는 추가 관측이 필요합니다. 제임스 웹 우주 망원경을 비롯한 차세대 망원경이 활약하기 시작하면 하나씩 검증이 가능할 것으로 기대합니다. 아마도 이오 같은 사례는 우주에 드물지 않을 것으로 생각합니다. 



 참고 



https://phys.org/news/2021-03-volcanoes-night-sky-exoplanet.html


Tobias G. Meier et al. Hemispheric Tectonics on LHS 3844b, The Astrophysical Journal (2021). DOI: 10.3847/2041-8213/abe400
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