우주 이야기 1180 - 여러 개의 대기 층을 지닌 외계 행성

(Credit: Pixabay/CC0 Public Domain)

지구 대기는 여러 개의 층으로 나눌 수 있습니다. 지표에 인접한 대류권, 오존층이 있는 성층권, 중간권, 열권이 그것입니다. 과학자들은 외계 행성의 대기 역시 여러 개의 구분할 수 있는 층을 지니고 있을 것으로 생각하고 있지만, 이를 실제로 관측하는 일은 매우 어려웠습니다. 그런데 최근 국제 과학자팀 (University of Bern and the University of Geneva as well as the National Centre of Competence in Research (NCCR) PlanetS)이 독특한 층을 지닌 외계 행성의 증거를 찾아냈습니다.

연구팀은 뜨거운 목성형 행성 중 하나인 WASP-189 b를 관측하던 중 특이한 사실을 발견했습니다. 이 외계 행성은 대략 목성 지름의 1.6배 정도인데 표면 온도는 섭씨 3200도에 이르는 매우 뜨거운 행성입니다. 유럽 우주국의 키옵스 우주 망원경 (CHEOPS, CHaracterising ExOPlanets Satellite) 관측 데이터는 이 행성의 대기가 매우 뜨거울 뿐 아니라 독특한 물리적 특징을 지니고 있다는 사실을 알려줬습니다.

키옵스: https://blog.naver.com/jjy0501/221409079923

연구팀은 키옵스를 이용해서 별 빛이 행성 대기를 통과하면서 흡수하는 스펙트럼을 분석했습니다. 그 결과 특정 파장대에서 에너지를 흡수하는 물질이 있다는 사실을 확인했습니다. 또 다른 외계 행성 관측 장치인 HARPS의 도움을 받아 분석한 결과 이 물질은 산화 티타늄 (titanium oxide)이었습니다. 지구에서 이산화티타늄은 주로 흰색 도료로 사용되나 WASP-189 b의 대기에서는 기체 상태로 존재하면서 자외선 같은 짧은 파장의 빛을 흡수하는 역할을 담당합니다. 지구의 오존층과 비슷한 역할을 담당하는 것입니다.

목성도 여러 개의 대기와 구름 층을 지니고 있기 때문에 뜨거운 목성 역시 여러 개의 대기와 구름 층을 지니고 있을 것입니다. 다만 엄청난 고온 때문에 지구에서는 기체 상태로 존재하지 않는 철, 크롬, 망간, 바나듐 증기로 된 구름과 대기가 존재한다는 것이 차이점입니다. 그리고 오존 대신 산화 티타늄 층이 자외선을 흡수해 그 아래 대기층의 환경을 바꿔 놓은 것으로 보입니다.

다만 과학자들은 아직 외계 행성의 대기층에 대해서 극히 제한된 정보만을 지니고 있습니다. 앞으로 활약하게 될 제임스 웹 우주 망원경은 아마도 훨씬 많은 정보를 과학자들에게 제공할 것입니다.

참고

https://phys.org/news/2022-01-extreme-exoplanet-complex-exotic-atmosphere.html

Bibiana Prinoth et al, Titanium oxide and chemical inhomogeneity in the atmosphere of the exoplanet WASP-189 b, Nature Astronomy (2022). DOI: 10.1038/s41550-021-01581-z

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