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우주 이야기 1371 - 허블 우주 망원경이 밝힌 외계 행성의 대기


 

(This is an artist's concept of the exoplanet WASP-121 b, also known as Tylos. The exoplanet's appearance is based on Hubble simulation data of the object. Using Hubble observations, another team of scientists had previously reported the detection of heavy metals such as magnesium and iron escaping from the upper atmosphere of the ultra-hot Jupiter exoplanet; marking it as the first of such detection. The exoplanet is orbiting dangerously close to its host star, roughly 2.6% of the distance of Earth to the Sun, placing it on the verge of being ripped apart by the star's tidal forces. The powerful gravitational forces have altered the planet's shape. An international team of astronomers assembled and reprocessed Hubble observations of the exoplanet in the years 2016, 2018 and 2019. This provided them with a unique data-set that allowed them to not only analyze the atmosphere of WASP-121 b, but also to compare the state of the exoplanet's atmosphere across several years. They found clear evidence that the observations of WASP-121 b were varying in time. The team then used sophisticated modeling techniques to demonstrate that these temporal variations could be explained by weather patterns in the exoplanet's atmosphere. Credit: NASA, ESA, Quentin Changeat (ESA/STScI), Mahdi Zamani (ESA/Hubble))

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제임스 웹 우주 망원경의 취역에도 허블 우주 망원경은 여전히 30년 넘게 천문학의 최전선에서 활약하고 있습니다. 아직도 가장 뛰어난 망원경 중 하나일 뿐 아니라 제임스 웹 우주 망원경과 관특 영역이 달라 얼마든지 상호 보완할 수 있기 때문입니다. 더구나 우주는 매우 넓기 때문에 여러 망원경이 필요합니다.

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최근 과학자들은 허블 우주 망원경으로 2016, 2018, 2019년 3년에 걸쳐 관측한 외계 행성의 대기 모델을 공개했습니다. 지구에서 880광년 떨어진 뜨거운 목성형 행성인 WASP-121 b는 허블 우주 망원경으로 대기를 관측할 수 있어 주요 관측 목표가 됐습니다. 물론 행성의 대기는 시간에 따라 변할 수 있어 이를 알아내기 위해서는 장시간에 걸친 관측이 필요합니다.

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유럽 우주국의 쿠엔틴 체인제트 (Quentin Changeat, a European Space Agency Research Fellow)가 이끄는 연구팀은 허블 우주 망원경 관측 결과를 이용해 타일로스 tylos라는 별명을 지닌 WASP-121 b의 대기 모델을 만들었습니다.

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외계 행성일로 121일 동안 기후 모델을 조사한 결과 타일로스 행성 표면은 생각보다 변화무쌍 했습니다. 모항성에서 행성의 거리는 지구의 2.6%에 불과해 지구 달처럼 조석 고정이 이뤄진 상태로 낮인 지역은 항상 낮입니다. 낮 지역의 온도는 2100K에 달합니다. 공전 주기와 자전 주기는 모두 31시간으로 같습니다.

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연구팀의 모델에 따르면 낮인 부분과 밤인 부분의 온도 차이가 크고 온도 자체가 워낙 높아 타일로스의 대기에서는 강력한 사이클론이 형성되지만, 순식간에 파괴되는 과정을 되풀이하면서 역동적으로 움직이고 있습니다.

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(Temperature forecast for WASP-121 b)

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허블 우주 망원경의 수명도 사실은 점점 다해가고 있고 어느 시점에는 결국 연료가 바닥나서 궤도를 유지 못하고 대기로 낙하하게 될 것입니다. 하지만 마지막 순간이 오기 전까지 최선을 다해 우주를 탐사할 것임을 믿어 의심치 않습니다.

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참고

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https://phys.org/news/2024-01-nasa-hubble-exoplanet-atmosphere-years.html

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Quentin Changeat et al, Is the atmosphere of the ultra-hot Jupiter WASP-121b variable?, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2401.01465

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