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우주 이야기 1693 - 대기를 지닌 용암 행성


 (Artist's concept of the lava world TOI-561 b and its star, whose surface churns with hot, bubbling gas. Webb observations show the planet reflects most of its starlight, and models suggest bright silicate clouds above its magma ocean may be the reason. Credit: CryoDragon Inc)

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과학자들이 대기가 존재할 수 없을 정도로 뜨거운 행성에서 대기의 존재를 암시하는 관측 결과를 확인했습니다. 그런데 사실 이는 더 흥미로운 가능성, 즉 증발한 광물에 의한 대기의 가능성을 시사하고 있습니다.

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워털루 대학교 물리학 및 천문학과 교수인 리사 당(Lisa Dang)과 동료들은 제임스 웹 우주 망원경 (JWST)을 이용해 용암 행성 TOI-561 b를 37시간 동안 관측하여, 행성이 항성을 거의 네 바퀴 도는 동안 변화를 관측했습니다.

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TOI-561 b는 지구에서 약 280광년 떨어진 슈퍼 지구형 외계행성으로 공전 주기 11시간 미만의 초단주기(USP) 행성입니다. 공전 궤도가 수성위 1/40 수준으로 모항성에 가까워 한쪽만 별을 바라보는 조석 고정(tidal locking)이 이뤄진 상태입니다.

과학자들은 낮 쪽 표면 온도가 암석의 용융점을 초과하여 전 행성 규모의 마그마 바다가 있는 용암 행성(lava world)으로 보고 있습니다. 연구팀은 이 행성의 자세한 표면 상태를 확인하기 위해 제임스 웹 우주 망원경으로 장시간 관측을 시도했습니다.

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연구팀은 행성의 공전 궤도 전체에 걸쳐 밝기와 열이 어떻게 변하는지 측정하는 위상 곡선(Phase Curve) 기법을 사용했습니다. 덕분에 과학자들은 낮쪽의 온도 분포는 물론 밤쪽의 정보를 처음으로 얻을 수 있었습니다.

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관측 결과는 이 행성이 항성으로부터 받은 빛의 상당 부분을 반사할 뿐 아니라 열을 행성 전체에 재분배된다는 사실을 알게 되었습니다. 낮쪽 온도는 이론적으로 약 2,700°C에 가까워야 하지만, 관측 결과는 약 1,800°C에 불과해 상당한 열이 빠져나갔거나 밤인

지역으로 이동해야 합니다.

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그런데 이는 둘 다 대기의 존재를 시사하는 대목입니다. 여기에 열의 재분배를 생각해도 TOI-561 b는 밤인 부분도 예상보다 온도가 낮아서 금성과 마찬가지로 항성광의 약 4분의 3을 반사해야 전체 온도를 설명할 수 있었습니다. 이 행성은 반사율인 알베도가 0.74에 달합니다.

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이 결과를 설명하기 위해 연구팀은 관측 결과를 행성 기후에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 과 비교했습니다. 시뮬레이션 결과에 따르면 이산화규소(SiO₂)와 규산마그네슘(MgSiO₃)을 포함한 규산염 광물로 이루어진 구름이 행성의 낮 부분에 형성되면 자외선 차단제처럼 작용할 수 있습니다.

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이 광물 구름은 별빛을 반사해 행성의 온도를 크게 낮추기 때문에 본래는 사라질 수밖에 없었던 대기를 보존한 것으로 보입니다. 대기의 주요 구성 성분은 두꺼운 구름 때문에 확실치 않지만, 가장 가능성 높은 시나리오는 마그마 바다에서 공급되는 이산화황이 풍부한 대기나 혹은 이산화탄소가 풍부한 대기인 경우입니다.

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연구팀은 TOI-561 b의 대기가 금성과 유사한지 아니면 극단적인 이오와 유사한지 궁금해하고 있습니다. 어쩌면 JWST를 이용해 더 긴 파장에서 행성을 관측하면 이 질문에 대한 실마리를 찾을 수 있을지 모른다는 게 연구팀의 생각입니다.

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참고

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Samuel Boucher et al., A Highly Reflective Atmosphere on the Lava World TOI-561b Revealed by JWST/NIRSpec Phase Curves, The Astronomical Journal (2026). DOI: 10.3847/1538-3881/ae9763

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Journal information: Astronomical Journal

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https://phys.org/news/2026-10-clouds-lava-planet-astronomers.html

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