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우주 이야기 1293 - 외계 대적점? 외계 행성의 구름을 확인한 제임스 웹 우주 망원경


 

(This illustration conceptualizes the swirling clouds identified by the James Webb Space Telescope in the atmosphere of exoplanet VHS 1256 b. The planet is about 40 light-years away and orbits two stars that are locked in their own tight rotation. Its clouds, which are filled with silicate dust, are constantly rising, mixing, and moving during its 22-hour day. Credit: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI))

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(A research team led by Brittany Miles of the University of Arizona used two instruments known as spectrographs aboard the James Webb Space Telescope, one on its Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) and another on its Mid-Infrared Instrument (MIRI) to observe a vast section of near- to mid-infrared light emitted by planet VHS 1256 b. They plotted the light on the spectrum, identifying signatures of silicate clouds, water, methane and carbon monoxide. They also found evidence of carbon dioxide. Credit: Image: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI); Science: Brittany Miles (University of Arizona), Sasha Hinkley (University of Exeter), Beth Biller (University of Edinburgh), Andrew Skemer (University of California, Santa Cruz))

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제임스 웹 우주 망원경의 주요 목표 중 하나는 외계 행성의 대기를 관측하는 것입니다. 물론 이 역시 제임스 웹 우주 망원경의 성능으로도 쉽게 이룰 수 없는 목표이지만, 과학자들은 여러 후보를 관측해 실제 결과를 내놓고 있습니다. 그 가운데 하나가 지구에서 40광년 떨어진 외계 행성인 VHS 1256b 입니다.

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비디오 테이프 같은 이름을 지닌 이 행성은 사실 쌍성계 주변을 도는 행성으로 공전 거리는 명왕성의 3배에 달할 정도로 멀리 떨어진 행성입니다. 공전 주기는 무려 10000년입니다. 그러면서도 생성된지 1억5천만 년 정도 밖에 되지 않아서 표면 온도가 섭씨 815도 정도로 높습니다. 따라서 모항성의 빛과 섞일 가능성이 낮고 제임스 웹 우주 망원경이 충분히 적외선 영역에서 관측할 수 있는 에너지를 내놓을 수 있습니다.

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애리조나 대학의 브리트니 마일스 (Brittany Miles of the University of Arizona)가 이끄는 연구팀은 이 행성에서 예상치 못한 것을 발견했습니다. 바로 규산염 (silicate)의 입자로 된 구름입니다. 목성형 가스 행성이기 때문에 물, 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소, 나트륨, 포타슘은 쉽게 예측할 수 있지만, 규산염은 다소 보기 드문 물질이라고 할 수 있습니다.

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규산염은 일반적으로 구름보다는 행성을 이루는 물질로 지구 지각에 가장 흔한 물질이기도 합니다. 아마도 이 규산염은 구름 깊숙이에서 올라온 뜨거운 입자들로 표면에 거대한 구름을 이루고 있는 것으로 생각됩니다. 그림에서는 목성의 대적점과 비슷한 거대한 소용돌이를 묘사했지만, 실제 모습이 어떤지는 당연히 알 수 없습니다. 제임스 웹 우주 망원경으로 물질의 성분은 분석할 수 있어도 표면 이미지를 얻기는 어렵기 때문입니다.

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하지만 우주에 거대한 소용돌이를 지닌 목성형 행성은 목성 하나만이 아닐 것입니다. 언젠가 목성형 행성 표면에서 거대한 구름이나 소용돌이의 모습을 확인하는 날이 올 것으로 생각합니다.

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참고

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https://phys.org/news/2023-03-james-webb-swirling-gritty-clouds.html

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Brittany E. Miles et al, The JWST Early Release Science Program for Direct Observations of Exoplanetary Systems II: A 1 to 20 Micron Spectrum of the Planetary-Mass Companion VHS 1256-1257 b, arXiv (2022). DOI: 10.48550/arxiv.2209.00620

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Brittany E. Miles et al, The JWST Early-release Science Program for Direct Observations of Exoplanetary Systems II: A 1 to 20 μm Spectrum of the Planetary-mass Companion VHS 1256–1257 b, The Astrophysical Journal Letters (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/acb04a , iopscience.iop.org/article/10. … 847/2041-8213/acb04a

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