외계 행성계와 외계 생명체 탐사

 태양계 밖에 존재하며 별 주위를 행성이 공전하는 행성계를 외계 행성계라고 합니다. 그런데 행성은 별의 밝기에 비해 매우 어둡기 때문에 외계 행성을 직접 관측하는 것은 매우 어렵습니다. 그래서 대부분의 외계 행성계 탐사는 간접적인 방법으로 이루어집니다.

 

중심별의 시선 속도 변화를 이용하는 방법

 

 두 천체가 중력으로 묶여 있으면 이들은 공통 질량 중심 주위를 회전 운동합니다. 별 주위에 행성이 돌고 있는 경우에는 행성의 질량이 상대적으로 작아서 별의 위치 변화는 행성만큼 크지 않습니다. 하지만 지구에 있는 관측자의 시선 방향으로 별의 속도가 주기적으로 변하여 도플러 효과를 일으키므로, 별빛의 스펙트럼을 분석하면 행성의 존재를 알 수 있습니다.

 

* 도플러 효과: 파동의 발생원이 관측자에게 가까워지거나 멀어질 때 파장이 짧아지거나 길어지는 현상을 도플러 효과라고 합니다.

 

 도플러 효과는 행성의 중력에 따른 중심별의 움직임에 의존합니다. 따라서 질량이 작은 행성보다는 질량이 큰 행성일 때 도플러 효과가 크게 나타나 행성을 발견하기 쉽습니다.

 

식 현상을 이용하는 방법

 

 별 주위를 공전하는 행성은 주기적으로 별의 앞을 횡단하게 되고, 그때마다 행성에 의한 식 현상이 일어나 별의 밝기가 조금 어두워집니다. 이렇게 중심별의 밝기가 주기적으로 변하는 현상을 이용하면 외계 행성의 존재를 알 수 있습니다.

 

 식 현상을 이용하는 방법은 외계 행성의 공전 궤도면이 지구 관측자의 시선 방향과 거의 나란한 경우에만 사용할 수 있습니다. 하지만 도플러 효과를 이용하는 방법과 함께 사용하면 행성의 질량을 정확히 구할 수 있고, 행성 대기를 통과하는 별빛을 분석하면 대기 성분도 알 수 있습니다.

 

미세 중력 렌즈 효과를 이용하는 방법

 

 지구와 별 또는 은하 사이에 질량이 매우 큰 다른 천체가 있으면, 그 천체의 거대한 중력 때문에 별이나 은하에서 나오는 빛이 마치 렌즈 때문에 굴절된 것처럼 휘어진 채 지구에 도달하게 되는데, 이러한 현상을 중력 렌즈 효과라고 합니다.

 

 외계 행성계도 중력 렌즈 효과를 일으킬 수 있습니다. 지구와 별 사이에 다른 별이 있으면, 상대적으로 지구에 가까이 있는 별의 중력 때문에 멀리 있는 별의 빛이 굴절되어 밝아집니다. 이러한 현상을 미세 중력 렌즈 효과라고 합니다. 가까이 있는 별이 행성을 거느리고 있으면 행성의 중력이 더해져 일시적으로 멀리서 오는 별빛이 좀 더 밝아지는데, 이를 통해 외계 행성의 존재 여부를 알 수 있습니다.

 

 미세 중력 렌즈 효과는 지구 정도의 크기를 가진 행성을 찾는 데 이용할 수 있습니다. 하지만 드물게 일어남로 항상 하늘을 관측해야 하고, 직접 외계 행성을 보는 것이 아니라 천문 현상으로 행성의 존재를 추측하는 간접적인 방법이라는 한계가 있습니다.

 

외계 생명체 탐사

 

 생명체가 존재하는 데 꼭 필요한 요소 중의 하나는 액체 상태의 물입니다. 물은 다양한 종류의 화학 물질을 녹일 수 있으므로 물에서 복잡한 유기물 분자가 탄생하는 것이 가능합니다.

 

 최근 태양계 탐사 결과에 의하면 달에는 적은 양이지만 물이 존재하고 화성에는 물이 흐른 흔적이 보이는 지형이 있다고 합니다. 또, 우주 망원경 탐사 결과에 따르면 물 분자는 우주의 여러 곳에서 발견됩니다. 하지만 아직 어느 곳에서도 생명체의 증거는 발견되지 않았습니다.

 

 행성에 물이 존재하려면 행성이 중심별로부터 일정한 거리만큼 떨어져 있어서 적당한 온도를 유지해야 합니다. 이 거리의 범위를 생명 가능 지대라고 합니다.

 

 외계 행성계의 생명체 존재 여부는 다양한 조건에 따라 결정되지만, 중심별의 광도와 밀접한 관련이 있습니다.

 

 주계열성은 질량이 클수록 광도가 큽니다. 그리고 별의 광도가 클수록 온도 역시 높아지므로 생명 가능 지대는 더 바깥쪽으로 이동하고 그 폭도 커집니다. 하지만 질량이 큰 별은 수명이 짧아서 생명체가 출현하여 진화할 만큼 충분한 시간이 확보되지 못할 수 있습니다. 또, 행성에 지적 생명체가 존재하려면 더 많은 시간이 필요합니다.

 

 질량이 작은 별은 수명이 길지만, 생명 가능 지대가 중심별에 가깝고 폭도 좁습니다. 이 경우에는 중심별의 중력 때문에 행성의 자전 주기가 길어져 공전 주기와 같아질 수 있습니다. 이렇게 되면 별빛을 받지 못하는 행성의 한 면에서는 생명체가 살기 어렵게 됩니다. 이 밖에도 행성에 생명체가 존재하려면 지구와 같이 태양으로부터 오는 강한 자외선을 막아 주는 대기나 우주에서 오는 고에너지 입자들을 차단하는 자기장의 역할이 중요합니다.

 

 이처럼 외계 행성계에 생명체가 존재하려면 여러 가지 조건이 만족되어야 합니다. 하지만 외계 생명체 탐사가 지니는 여러 가지 의의 때문에 세계 여러 국가와 단체에서는 외계 생명체 탐사를 적극적으로 진행하고 있습니다.