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Date 17/03/04 22:34:48
Name   곰곰이
Subject   외계 행성 중 ‘지구형 행성’ AKA 골디락스 행성 구별법
지난 번 올렸던 ‘외계행성을 발견하는 (진지한) 방법’ 에 이어지는 글입니다.
https://redtea.kr/?b=12&n=375



트라피스트-1 항성과 그에 딸린 행성 상상도 (출처: 연합뉴스)

지구로부터 39광년 떨어진 항성계에서 지구’사이즈’ 행성 7개를 발견했다는 기사에 걸려있던 상상도입니다. 
과학자들은 저런 비슷한 행성을 실제로 관측한 것이 아니라, 
‘항성’ (여기서는 트라피스트-1)의 밝기변화 및 미세한 축 이동을 오랜 기간 관측하여 
‘저 곳에 7개의 지구 사이즈 행성이 있다. (고 강력히 추정된다.)’ 발표한 것이라는 것 까지는 지난 번 글에서 설명 드렸습니다.


이번 글에서는 트라피스트-1 항성계에 존재할 것으로 추정되는 여러 개의 행성들 중 (10개 일수도, 20개 일수도 있습니다.) 
‘지구 사이즈’의 행성이 7개인 것은 어떻게 알았는지, 
그리고 그 곳에 진짜 생명체가 존재할 가능성은 얼마나 되는지 간단히 정리해보겠습니다.
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(2017년 3월 16일 : 내용 추가 수정)
제가 작성했던 원글 내용 중 트라피스트-1 항성계 관련 잘못된 내용이 있어 바로잡습니다.
해당 항성계의 전체 행성 갯수가 7개이며, 그 중 해비터블한 (골디락스, 지구형) 행성은 3개입니다.
국내 과학 기사에서 제대로 다루질 않아서 - 다들 무작정 지구형 행성 7개라고 쓰다니! - 상세 내용을 늦게 알았습니다. -_-
보통 다른 항성계에서 지구 사이즈의 행성이면 곧 지구형 행성일 경우가 아주 높은데,
트라피스트-1의 경우 워낙 크기가 작아 행성들이 다 고만고만 오밀조밀하게 모여있는 특이한 상태라고 합니다.
원글은 트라피스트-1의 상세와는 무관하게 '모든 외계 행성에서 지구형 행성 구별법'을 다루고 있으므로 
주요 내용상 크게 달라지는 부분은 없습니다.
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먼저 지금까지 인류가 발견한 ‘확실히 생명체가 존재하는 유일한 행성’이자 항성계인 [지구, 태양계]부터 설명을 시작하겠습니다. 
왜냐하면 우주 어딘가 생명체가 존재하는 행성을 찾는다는 것은, 
현재 태양계 안에서 지구의 상황과 유사한 행성을 다른 항성계에서 찾는 것이 최선의 방법이기 때문입니다.
(물론 외계 생명체가 '나 여기 있다.'고 신호를 보내오면 간단히 해결됩니다만 아직 연락이 없네요)




태양계 가족 (출처: pics-about-space.com)
익숙한 태양계입니다. 물론 이 것은 상상도이며, '실제' 모습은 아래와 같습니다.



태양계 가족 진짜 사진 (출처: 위키피디아)
2017년 현재 인류가 볼 수 있는 최선의 태양계 가족사진입니다.
각 행성들은 제각각 공전하므로 상상도처럼 줄지어 있지 않고 여기저기 흩어져 있습니다.
(보이저 1호가 1990년에 약 60장을 촬영하여 붙인 사진입니다.
촬영한 위치는 지구에서부터 빛의 속도로 약 5시간 30분 떨어진 지점으로 해왕성-명왕성의 궤도 정도입니다.)
각 행성의 실제 위치는 알파벳 이니셜이 표시되어 있는 곳이며, 배경의 태양 빛 때문에 잘 구분이 되지 않아 
나사에서 따로 보정하여 별도 표시했습니다. (위 하얀 테두리 속 이미지)




실제 거리를 반영하여 배치한 태양계 행성 궤도 (출처: nineplanets.org/overview.html)
위 이미지 (내행성 중심): 태양 - 수성 - 금성 - 지구 - 화성 - (목성 - 토성)
아래 이미지 (외행성 중심): 태양 - (수금지화) - 목성 - 토성 - 천왕성 - 해왕성 - 명왕성 


실제 태양과 각 행성들은 이 정도 스케일로 멀리 떨어져 있기 때문에, 
최소한 해왕성이나 명왕성 궤도를 지나야 비로소 전체 태양계 가족사진을 찍을 수 있는데, 
현재 그 정도 멀리 가 있는 관측기기는 파이오니어10호/11호, 보이저1호/2호, 뉴호라이즌스호 이렇게 5대뿐입니다. 
그나마도 촬영 및 이미지 전송이 가능한 관측선은 이제 뉴호라이즌스호 밖에 남지 않은 것으로 알고 있습니다. 
나머지는 발사된 지 너무 오랜 시간이 지나 이미 모든 기능을 상실했거나, 
최소한의 센서 몇 개만 작동하는 상태로 하염없이 지구와 멀어지고 있습니다.


참고로, 현재 지구와 보이저 2호의 거리는 빛의 속도로 15시간 정도입니다. 
1977년에 발사되어 총알보다 빠른 속도로 40년 동안 계속 날아갔는데도 
(목성 중력을 이용하여 스윙바이까지 했으니 정말 인류 최선의 속도였습니다.) 
우주 스케일에서는 아직 빛의 속도로 채 하루의 거리도 가지 못한 것입니다. 
다시 말씀 드리지만 지구와 넘나 가깝다는 트라피스트-1 항성계까지는 빛의 속도로 39년 거리입니다.




지구형 행성 = 거주가능.Habitable 행성 = 골디락스 존.Goldilocks Zone (출처: e-education.psu.edu)
- Y축은 각각 항성의 온도이며 (항성에 따라 온도가 다릅니다.)
- X축은 지구가 태양으로부터 받는 태양빛의 양을 100%로 잡고, 다른 항성계 행성들의 위치를 각각 일조량에 비례하여 표시했습니다. 
- 제일 왼쪽에 있는 5개의 천체는 항성의 예이며 항성 온도에 따라 (3000K~7000K) 오른쪽에 그에 딸린 행성들이 표시되어 있습니다.
- 위에서 두번째 줄이 (6,000K대) 태양 및 태양계 행성인 금성, 지구, 화성 입니다.
- 태양계 행성들 말고는 전부 상상도 입니다. 단 각 행성과 항성과의 거리(일조량에 비례하여) 및 항성의 온도값은 정확합니다.
- 각 행성의 '크기'는 '항성의 빛을 가린 정도', '항성을 당긴 중력으로 유추한 질량' 등의 관측결과로 결정합니다.


[결국 지구와 비슷한 비율로 항성의 빛을 받는 행성을 '지구형 행성, 거주가능한 행성' 이라 부릅니다.]
이런 행성들은 당연히 항성과의 거리도 지구와 비슷하며, 행성의 '크기' 나 '지각 구성' 역시 지구와 유사할 것으로 추정합니다.
항성에 너무 가까우면 수성처럼 온도가 너무 높아 생명체가 살 수 없고, 
또 너무 멀면 온도가 낮을 뿐 아니라, 목성처럼 지각이 없고 기체로 구성된 행성일 확률이 높아 생명체의 존재 가능성은 희박합니다.
게다가 골디락스 존에 속해있다 해서 반드시 물이 있다고는 할 수 없고, 심지어 지각이 암석이 아닐 가능성도 여전히 존재합니다.

그래서 트라피스트-1 항성계에 지구형 행성이 7개 있다는 이야기는
[그 곳에 있는 여러 행성들 중 지구가 태양으로부터 받는 태양빛의 25%~150%정도를 트라피스트-1으로부터 받는 행성이 7개라는 의미입니다.]


이제 결론입니다. 위 이미지에서 알 수 있듯, ‘지구형 행성’을 판단하는 절대적인 기준은 [온도]이며 
이는 해당 행성이 속한 항성과의 [거리]에 의해 결정됩니다. 
[온도]가 제 1 기준인 이유는 바로 [물의 존재]와 직결되는 요인이기 때문이며,
모두 알고 계시듯 [물의 존재][생명체]가 발생하고 생존하기 위한 필수요소입니다.
 
특히 물이 액체상태로 존재할 수 있다면 (섭씨 0도~100도 사이) 더 할 나위 없이 좋겠지요. 
하지만 현재 지구 외의 모든 행성 중 ‘물이 흐른 자국 같다.’ 수준의 단서라도 발견된 곳은 화성이 유일합니다. 
그리고 그런 화성에도 아직까지 생명체가 발견되지 않았습니다.
사실 지금까지 발견된 모든 ‘지구형 행성’ 중 가장 지구와 비슷한 행성은 멀리서 찾을 필요 없이 바로 ‘화성’ 입니다. 
일부 과학자는 [만약 화성에 정말 생명체가 없다면, 다른 지구형 행성에도 다 없을지 모른다.] 고 할 정도입니다.

솔직히 과학자들은 10여년 전 화성탐사선 오퍼튜니티를 보냈을 때 거의 100% 생명체 발견을 확신했었다고 합니다.
(여기서 생명체란 지적 생명체 말고 그냥 박테리아나 이끼 같은 것을 의미)
왜냐하면 화성에도 없으면, 우주 전체에 생명체가 있을 확률이 현저히 낮아지기 때문입니다.
그리고 '땅 속을 파 보면 진짜 있겠지!' 하며 보낸 큐리오시티 역시 아직 생명체를 발견하지 못했습니다.
매번 더 업그레이드된 방법으로 탐사하고 있지만 여전히 생명체는 발견되지 않고 있습니다.



오퍼튜니티 '이 정도면 생명체가 있어줘야 되는데...' (출처: spaceflightinsider.com)



큐리오시티 '드릴 달고 1조 들여 보냈는데 왜 발견을 못하니...' (출처: mars.nasa.gov)


연구비나 탐사비를 받아야만 하는 업계(?)에서는 여전히 생명체의 발견 가능성이 높은 것 처럼 발표하고 있지만,
위에 소개한 대로 일련의 상황을 보면, 의외로 생명이 발견될 확률은 점점 낮아지고 있습니다.
특히 가까운 항성계와 지구형 행성들이 발에 차이는데, 아직까지 외계로부터의 신호 한 번 도착한 적이 없습니다.
광속으로 수십년 내 도달가능한 곳이라면, 전파 정도는 주고받았을 시간이 벌써 지나고 있습니다.
물론 우주의 역사가 인류의 역사와 비교할 수 없을 정도로 길기 때문일 수도 있습니다만,
사실 대부분의 별이 생겨나고, 행성들이 형성된 시점은 거의 비슷합니다.


확률적으로만 생각하면 항성과 행성은 거의 무한히 많으므로 덩달아 생명체도 여기 저기 많이 있을 것만 같지만
사실 이 [우주 전체에서 '생명'이란 것은 단순히 확률만으로 추측할 수 없는 특별한 존재]일 수 있으며,
어쩌면 진짜 지구 상에만 존재하고 있을지도 모른다는 주장 역시 가능합니다. (개인적으로는 이 주장이 더 매력적으로 느껴집니다.)
개미 함부로 죽이지 않고, 주변 사람들을 좀 더 희귀한 존재로 소중히 대하면 좋겠습니다.



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글이 생각보다 많이 길어졌고 급 환경보호/인류애적 결론으로 귀결되었는데 -_-
다음엔 간결하게 '명왕성이 행성지위를 상실한 이유와 복귀 가능성' 을 정리해볼까 합니다.
읽어주셔서 감사합니다.


*부연1
물론 오직 생명체만 따진다면, 꼭 지구형 행성이 아닌 곳에서 물 없이, 초고온, 높은 방사능 환경에서 살 수 있는
'생명아닌 무생물같은 생명'이 존재할 수는 있습니다만 일단 그런 생명이 존재한다 해도 딱히 인터랙션을 할 수 없고
결과적으로 그들이 사는 곳에 '지구인'이 가서 살 수 없기 때문에 '지구형 행성'을 찾는 범위에는 포함하지 않습니다. 
그리고 사실 아직 그나마도 (박테리아 한 조각도) 전혀 발견된 적이 없다는게 우주에서의 '생명'을 더욱 특별하게 합니다.

*부연2
거주가능한 행성을 '골디락스존' 이라 부르는 이유는,
서양동화인 '세마리의 곰' 에 나오는 금발머리 소녀 '골디락스'가 우연히 곰들이 사는 집에 들어갔다가
너무 뜨겁지도 차갑지도 않은 죽을 먹고, 너무 크지도 작지도 않은 침대에 자고 등등 '적절한' 타겟을 찾았던 이야기에서 유래되었다고 합니다.
 (왜 동화에 무단침입 및 절도 이야기가...)

*부연3
목성이나 토성의 위성 일부에서 지표면 아래에 액체상태의 물이 있을 것이라는 강력한 추정은 있습니다만, 
해당 사례는 일단 ‘행성’이 아니고, 또한 태양으로부터 빛을 받아 지표면이 따듯한 것이 아니라, 
목성이나 토성의 큰 중력 때문에 그 주위를 돌고 있는 위성의 지각이 빙글빙글 짜부라지며 내부 온도가 뜨겁게 유지되는 상태입니다. 
생명체가 있더라도 지표면 위에서는 생존이 불가능합니다. 
또한 얼음덩어리인 혜성에도 물은 있습니다만, 태양계 안팎을 오가는 특성상 생명체의 존재는 기대하기 어려우며, 
최근에는 그 물 마저 지구의 물과는 달리 3중수소로 이루어졌다는 것이 로제타 혜성탐사선에 의해 밝혀졌습니다. 
사실 애초에 지구에 물이 왜 존재하는 것인지도 아직 밝혀지지 않았습니다. 
그 동안은 얼음 혜성이 지구에 부딪혀 생긴 것이라는 가설이 유력했었는데, 이 발견으로 인해 거의 폐기되었습니다.



* 수박이두통에게보린님에 의해서 티타임 게시판으로부터 게시물 복사되었습니다 (2017-03-13 09:27)
* 관리사유 : 추천게시판으로 복사합니다.



13
  • 정성글은 추천
  • 존잼 과학글은 춫천
  • 거 참 재미있는 글이로군요


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