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우주 이야기 1621 - 공전주기 실시간으로 바뀌는 행성계


 (An artist's illustration of the TOI-201 star and the three planets detected in recent observations. Credit: Tedi Vick / The University of New Mexico)


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(The ASTEP telescope team takes advantage of a location even more remote than the International Space Station. Credit: Observatoire de la Côte d'Azur)

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과학자들은 수많은 외계 행성을 발견했습니다. 그리고 그 가운데는 여러 행성이 하니의 별 주위를 공전하는 행성계들이 존재합니다. 과학자들은 외계 행성계들이 태양계와 많이 다르다는 점을 발견했습니다. 하지만 그 가운데 TOI-201처럼 예상에서 벗어난 특이한 행성계는 흔치 않습니다.

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뉴멕시코 대학교, 코트다쥐르 천문대 (Observatoire de la Côte d’Azur), 유럽우주국(ESA)의 과학자들을 포함한 대규모 국제 연구팀은 TOI-201 행성계가 대부분의 행성계와 달리 공전 주기가 변한다는 사실을 알아냈습니다.

TOI-201은 서로 다른 세 개의 행성으로 구성되어 있습니다. 하나는 5.8일 주기로 항성을 공전하는 "슈퍼지구"이고, 다른 하나는 목성 질량의 절반에 해당하는 가스 행성으로 53일 주기로 공전합니다. 마지막으로, 목성보다 16배나 무거운 거대한 외행성이 약 8년 주기의 타원형 혜성 같은 궤도를 따라 공전합니다. 이는 질량으로 보면 갈색왜성과 행성의 중간에 위치한 수준입니다.

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혜성 같은 긴 타원궤도 때문에 TOI-201c는 모항성에 점점 더 가까이 접근하기 전에 행성계의 먼 외곽을 떠돌아다닙니다. 무거운 행성 혹은 가벼운 갈색 왜성의 엄청난 중력과 상대적으로 타원형이고 기울어진 궤도 때문애 TOI-201 행성계의 흔들림은 독특하게 나타납니다.

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하지만 이렇게 장기간에 걸친 변화는 지상의 망원경으로 쉽게 관측하기 어렵습니다. 따라서 연구팀은 나사의 외계행성 탐사 위성(TESS)이 수집한 데이터와 남극에 있는 ASTEP (Antarctic Search for Transiting ExoPlanets) 망원경의 지상 관측 데이터를 활용했습니다.

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ASTEP(남극 외계행성 탐사) 프로젝트는 니스의 코트다쥐르 천문대가 주도하고 버밍엄 대학교 및 유럽우주국(ESA)의 협력 연구입니다. 주경 40cm 망원경을 해발 3233 높이의 남극 고원에 위치한콩코르디아 연구 기지에 설치한 것으로 다른 어떤 인간 거주지에서도 600km 떨어져 있어 국제우주정거장(ISS)보다도 더 외딴 곳에 위치해 있습니다.

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여기에 남극에서 몇 달간 해가지지 않는 극야 현상과 높은 해발 고도 덕분에 대기 간섭을 최소화하면서 장시간 동안 중단 없이 관측할 수 있습니다. 이는 별의 미세한 밝기 변화를 감지하는 데 매우 적합합니다.

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아무튼 연구팀은 TOI-201b를 관측하던 중 갑자기 행성이 항성 앞을 지나가는 시간이 약 30분 정도 늦어지는 것을 발견했습니다. 공전주기 53일에서 차지하는 비중은 크지 않더라도 목성 질량의 절반 혹은 토성보다 더 무거운 행성이 이렇게 이동한다는 것은 놀라운 일입니다.

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가능한 원인은 가장 무거운 외곽 천체인 TOI-201c의 중력입니다. 큰 중력을 행사하는 천체가 주기적으로 길쭉한 궤도로 접근하면서 다른 행성의 공전주기를 바꾸는 것으로 생각됩니다. 이런 불완전한 궤도는 행성계 생성 초기에 주로 나타나는 것으로 상당히 이례적인 일입니다.

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아무튼 TOI-201 시스템의 움직임은 매우 불안정하여 연구팀은 행성들이 곧 항성 앞을 일렬로 늘어서는 현상이 멈출 것이라고 예측합니다. 200년 후에는 세 행성 중 두 행성만이 지구에서 관측시 항성 앞을 지나가는 모습을 보일 것으로 예상됩니다.

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이 행성계가 나중에 어떻게 될지 궁금한데, 이런 점을 생각하면 어쩌면 지구에서 관측되지 않는 또 다른 행성이 있을지도 모르겠다는 생각입니다.

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참고

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https://refractor.io/space/antarctic-telescope-alien-worlds-shifting-orbits/

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Ismael Mireles et al. ,Uncovering the rapidly evolving orbits of the dynamic TOI-201 system.Sci. Adv.12,eaef2618(2026).DOI:10.1126/sciadv.aef2618

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