물이 있는 외계행성과 생명체 거주 가능성: 최신 발견과 탐지 방법
현재까지 발견된 외계행성 중 물이 존재하거나 존재할 것으로 추정되는 행성들과 생명체가 존재할 가능성이 있는 골디락스존 행성들에 대한 최신 연구 결과를 종합했습니다.
또한 이러한 행성들을 탐지하는 다양한 방법론도 함께 정리했습니다.
최근 연구에 따르면 여러 외계행성에서 물의 존재가 확인되었으며, 이 중 일부는 물이 풍부한 '물 세계' 또는 '해양 행성'일 가능성이 높습니다.
이러한 발견은 우주 생명체 탐색에 중요한 단서를 제공하고 있습니다.
물이 발견된 주요 외계행성들
GJ 9827d: 물이 확인된 가장 작은 외계행성
GJ 9827d는 허블 우주 망원경을 통해 대기에서 수증기가 발견된 가장 작은 외계행성입니다.
지구 직경의 약 2배(1.96±0.08 R⊕) 크기로, 지구에서 97광년 떨어진 곳에 위치하고 있습니다.
2025년 3월 NASA의 발표에 따르면, 이 행성은 "물이 풍부한 대기를 가진 행성들이 다른 별 주변에 실제로 존재할 수 있다는 것을 직접적으로 보여주는 첫 번째 사례"가 될 수 있습니다.
연구자들은 11번의 허블 우주 망원경 관측을 통해 GJ 9827d의 대기에서 1.4μm 파장에서 흡수 특성을 발견했으며, 이는 물의 존재를 가장 잘 설명하는 것으로 나타났습니다.
그러나 이 행성은 약 800°F(427°C)의 고온으로 비너스처럼 뜨거워 생명체가 존재하기는 어려울 것으로 보입니다.
최근 연구에서는 GJ 9827d가 "증기 세계(steam world)"일 가능성이 높은 것으로 나타났습니다.
관측 데이터를 통해 연구팀은 행성 대기의 높은 금속 농축도(질량 기준 O/H ∼4)와 수증기가 31% 이상의 부피 혼합비를 가진 배경 가스임을 확인했습니다.
Kepler-138c와 Kepler-138d: 물 세계 쌍둥이
몬트리올 대학교 연구팀이 허블과 스피처 우주 망원경을 사용하여 관측한 결과, Kepler-138c와 Kepler-138d는 "물 세계(water worlds)"로 불리는 행성들로, 행성 전체 부피의 최대 절반이 물로 구성되어 있을 가능성이 있습니다.
이 두 행성은 라이라(Lyra) 자리에 위치한 적색 왜성을 공전하고 있으며, 지구로부터 218광년 떨어져 있습니다.
물은 직접적으로 감지되지 않았지만, 행성의 크기와 질량을 모델과 비교한 결과 상당 부분이 암석보다 가볍고 수소나 헬륨보다 무거운 물질로 구성되어 있을 것으로 추정됩니다.
그러나 이 두 행성은 거주 가능 영역(골디락스존)에 위치해 있지 않아 생명체가 존재하기 어려울 것으로 보입니다.
TOI-1452b: 유망한 해양 행성
TOI-1452b는 지구보다 약간 크고 무거운 "해양 행성(ocean planet)"으로, 표면이 두꺼운 물층으로 완전히 덮여 있을 가능성이 있습니다.
드라코 자리에 위치한 이 행성은 지구로부터 약 100광년 떨어져 있으며, 질량의 최대 30%가 물일 수 있어 태양계의 일부 위성들과 유사한 비율을 보입니다.
특히 주목할 점은 TOI-1452b가 그 별로부터 적당한 거리에 위치해 표면 온도가 액체 상태의 물이 존재할 수 있을 정도로 적당하다는 것입니다.
이 행성의 질량은 지구의 4.82배이며, 별을 한 바퀴 공전하는 데 11.1일이 걸립니다.
몬트리올 대학교의 르네 도욘(René Doyon) 교수는 "가능한 한 빨리 제임스 웹 우주 망원경으로 이 이상하고 경이로운 세계를 관측할 시간을 예약할 것"이라고 밝혔습니다.
기타 물이 발견된 행성들
WASP-96b는 제임스 웹 망원경이 대기에서 물의 증거를 발견한 행성입니다.
지구로부터 1,150광년 떨어져 있으며, 가스 거인으로 항성에 매우 가깝게 공전하고 있어 대부분 수증기 상태의 물이 있을 것으로 예상됩니다.
골디락스존과 생명체 거주 가능성
골디락스존의 정의와 중요성
"거주 가능 영역(habitable zone)"은 별로부터의 거리로, 이 거리에서는 액체 상태의 물이 행성 표면에 존재할 수 있습니다.
이 영역은 "골디락스존"이라고도 불리며, 온도가 너무 뜨겁지도 너무 차갑지도 않은 "딱 알맞은" 조건을 의미합니다.
골디락스존의 넓이는 별의 종류에 따라 달라집니다.
뜨거운 별일수록 거주 가능 영역이 더 넓고, 은하계에서 가장 흔한 빨간 왜성(red dwarfs)은 거주 가능 영역이 훨씬 좁습니다.
더불어 빨간 왜성의 좁은 거주 가능 영역에 있는 행성들은 별에 매우 가깝기 때문에 지구가 태양으로부터 받는 것보다 수십만 배 강한 X선과 자외선에 노출됩니다.
유망한 거주 가능 행성들
현재까지 알려진 액체 상태의 물이 존재할 가능성이 있는 주요 외계행성 후보로는 Kepler-22b, Kepler-69c, Kepler-452b, Kepler-62f, Kepler-186f 등이 있습니다.
이 행성들은 모두 골디락스존에 위치하고 있어 생명체가 존재할 가능성이 있는 곳입니다.
앞서 언급한 TOI-1452b도 별로부터 적당한 거리에 위치해 표면에 액체 상태의 물이 존재할 수 있어 생명체 거주 가능성이 있는 행성 중 하나로 고려됩니다.
그러나 생명체의 존재 가능성을 확인하기 위해서는 더 많은 연구가 필요합니다.
외계행성 탐지 방법
시선 속도법(Radial Velocity Method)
시선 속도법은 행성의 중력으로 인해 별이 작은 궤도를 그리며 움직이는 현상을 탐지하는 방법입니다.
궤도를 돌고 있는 행성이 있는 별은 행성과의 공통 질량 중심을 중심으로 작은 궤도를 그리게 되는데, 이로 인해 별이 지구에 대해 접근하거나 멀어지는 속도에 변화가 생깁니다.
이러한 속도 변화는 도플러 효과로 인한 별의 스펙트럼 선의 변위를 통해 측정할 수 있습니다.
현대의 분광계는 초당 3m 이하의 속도 변화도 감지할 수 있으며, 이러한 정밀한 측정을 통해 별 주변의 행성을 발견할 수 있습니다.
제일 처음 태양과 비슷한 별 주변에서 발견된 행성들은 이 시선 속도법을 통해 발견되었습니다.
트랜짓 방법(Transit Photometry)
트랜짓 방법은 행성이 별의 앞을 지나가면서 발생하는 별의 밝기 감소를 측정하는 방법입니다.
NASA의 케플러 우주 망원경과 TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite)는 이 방법을 사용하여 많은 외계행성을 발견했습니다.
예를 들어, TOI-1452b는 NASA의 TESS가 별의 밝기가 11일마다 약간 감소하는 신호를 포착하면서 발견되었습니다.
이 신호를 바탕으로 천문학자들은 지구 직경의 약 70% 더 큰 행성이 있을 것으로 예측했습니다.
대기 분석(Atmospheric Analysis)
행성의 대기 성분을 분석하는 방법은 행성의 성질과 생명체 존재 가능성을 판단하는 데 중요한 정보를 제공합니다.
별빛이 행성의 대기를 통과할 때, 대기 성분에 따라 특정 파장의 빛이 흡수됩니다.
이렇게 변형된 빛의 스펙트럼을 분석하여 대기 성분을 결정할 수 있습니다.
허블 우주 망원경, 스피처 우주 망원경, 제임스 웹 우주 망원경 등의 우주 망원경들은 이러한 대기 분석을 수행할 수 있는 고감도 장비를 갖추고 있습니다.
예를 들어, GJ 9827d의 대기에서 물의 존재는 허블 우주 망원경의 WFC3 관측을 통해 확인되었습니다.
기타 탐지 방법
천문학적 계측법(Astrometry)은 별의 위치를 정밀하게 측정하여 행성으로 인한 미세한 위치 변화를 탐지하는 방법입니다.
그러나 이 방법은 필요한 정밀도가 매우 높아 어려운 방법으로, 현재까지 이 방법으로는 단 한 개의 행성만 발견되었습니다.
이 외에도 반사 및 방출 변조(Reflection and emission modulations), 상대론적 빔 집중(Relativistic beaming), 타원체 변화(Ellipsoidal variations) 등의 방법이 있습니다.
결론
최근 우주 망원경 기술의 발전으로 다양한 외계행성에서 물의 존재가 확인되거나 추정되고 있습니다.
GJ 9827d, Kepler-138c, Kepler-138d, TOI-1452b와 같은 행성들은 지구와는 다른 형태로 물이 풍부한 세계일 가능성이 높으며, 이 중 일부는 생명체가 존재할 수 있는 조건을 갖추고 있을 수도 있습니다.
특히 TOI-1452b는 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 온도 조건을 갖추고 있어 생명체 탐색에 특히 유망한 대상으로 간주됩니다.
제임스 웹 우주 망원경과 같은 첨단 장비를 통한 추가 관측은 이러한 행성들의 성질과 생명체 존재 가능성에 대한 더 많은 정보를 제공할 것으로 기대됩니다.
외계행성 탐지 기술은 계속해서 발전하고 있으며, 시선 속도법, 트랜짓 방법, 대기 분석 등 다양한 방법을 통해 더 많은 행성이 발견되고 있습니다.
이러한 발견은 우주에서의 생명체 존재 가능성에 대한 우리의 이해를 넓히고, 궁극적으로는 지구 외 생명체의 발견으로 이어질 수 있는 중요한 단계입니다.