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우주 이야기 1629 - 외계 행성의 자기장을 측정하다.


 (Magnetic activity in an exoplanet. The planet is a gas giant like Jupiter, but it's very close to its host star and tidally locked: one side always faces the star and is scorching hot, whereas the other side is extremely cold. This steep temperature difference creates fast winds that blow from the day side to the night side. The planet's magnetic field, shown here with blue lines, can slow these winds down. Credit: ESO/M. Kornmesser, L. Calçada)

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천문학자들은 수많은 외계 행성을 발견했지만, 그 가운데 직접 관측을 통해 상세한 정보를 얻은 행성은 극히 드뭅니다. 멀리 떨어져 있는 외계 행성은 현재 최고 성능의 망원경으로도 자세히 관측하기 어려운 목표입니다.

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따라서 외계 행성의 자기장 세기를 측정할 수 있을 것이라고는 과학자들도 예상하지 못했습니다. 프랑스 코트다쥐르 천문대 라그랑주 연구소의 천문학자인 줄리아 자이델 (Julia Seidel, an astronomer at the Laboratoire Lagrange, Observatoire de la Côte d'Azur, France)과 동료들은 정말 우연한 기회에 외계 행성의 자기장을 간접 측정하는데 성공했습니다.

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연구팀이 본래 관측하려고 했던 목표는 뜨거운 목성형 외계 행성의 풍속이었습니다. 연구팀은 이를 위해 칠레 아타카마 사막에 있는 유럽남천문대(ESO)의 VLT에 탑재된 ESPRESSO 장비 와 미국 하와이에 있는 제미니 노스 망원경에 탑재된 유사한 장비를 활용했습니다.

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물론 외계 행성의 풍속 역시 측정하기 힘들지만, 이 행성들은 매우 크고 뜨거우며 아주 빠른 바람이 불고 있어 상대적으로 측정이 용이힌 측면이 있습니다. 연구팀은 7곳의 뜨거운 목성형 외계 행성에서 풍속을 측정하는데 성공했습니다.

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천문학자 연구팀이 태양계 밖 행성 중 일부가 자기장을 가지고 있을 가능성을 시사하는 가장 강력한 증거를 발견했습니다. 유럽남천문대(ESO)의 초거대 망원경(VLT)과 제미니 노스 망원경을 이용해 연구팀은 목성형 외계행성 7곳의 매우 뜨거운 표면에서 풍속을 측정했습니다.

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이 목성형 외계 행성들은 모항성에 매우 가까운 위치에서 공전하고 있어 지구와 달처럼 조석 고정이 된 상태입니다. 따라서 한쪽은 별을 바라보고 한쪽은 반대를 바라보고 있어 영원히 낮인 부분과 밤인 부분의 온도 차이가 상당합니다. 이 열에너지 차이 때문에 시속 7200km에서 25,000km에 달하는 엄청난 풍속의 바람이 불고 있습니다. 참고로 차가운 가스 행성인 목성의 경우 1500km/h 정도의 속도입니다.

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이런 강한 바람은 온도 차이에 의한 것이기 때문에 과학자들은 행성 온도가 높을수록 강한 바람을 예상했습니다. 하지만 데이터를 분석한 결과 뜨거운 행성일수록 오히려 더 풍속이 느린 것으로 나타났습니다. 뭔가 바람 속도를 느리게 하는 메카니즘이 있다는 이야기입니다. 모든 가능성을 검토한 결과 가장 가능성 있는 해석은 자기장이었습니다. 목성은 지구보다 수천 배 강한 강력한 자기장을 지니고 있는데, 거대한 목성형 가스 행성 역시 강한 자기장을 지니고 있을 가능성이 높습니다.

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연구팀에 따르면 자기장은 대기 중 대전 입자의 운동 속도를 늦추는 브레이크 역할을 할 수 있습니다. 역으로 말하면 예상되는 풍속과 실제 풍속을 차이를 계산해 자기장의 세기를 역으로 추론할 수 있습니다. 각각의 행성의 자기장의 세기를 계산한 결과 연구팀은 토성의 4배에서 목성의 절반 정도라는 결과를 얻었습니다.

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이렇게 보면 목성의 자기장이 독보적으로 강하다는 사실을 알 수 있습니다. 그 이유는 아직 잘 모르지만, 가스 행성의 자기장을 간접 측정할 수 있게 됐다는 점이 이번 연구의 예상치 못한 큰 성과로 생각됩니다. 앞으로 39m 주경을 지닌 차세대 망원경인 ELT가 완성되면 과학자들은 더 많은 외계 행성의 자기장을 측정할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

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참고

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https://phys.org/news/2026-06-strange-hot-jupiters-reveal-strongest.html

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Magnetic field strengths of hot giant exoplanets consistent with Solar System values, Nature Astronomy (2026). DOI: 10.1038/s41550-026-02870-1

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