외계행성 탐사 방법과 발견된 행성들

1. 외계행성 탐사의 역사와 발전

 

인류는 오랫동안 태양계 밖에도 행성이 존재할 것이라고 예상했습니다. 최초로 확인된 외계행성은 1992년 중성자별인 펄사 PSR B1257+12를 도는 행성들이었으며, 1995년에는 태양과 비슷한 별인 페가수스자리 51번 별을 공전하는 행성이 발견되었습니다. 이후 천문학 기술의 발전으로 현재까지 5,000개가 넘는 외계행성이 확인되었습니다. 특히 케플러 우주망원경과 트랜싯 외계행성 탐사 위성(TESS)의 등장으로 탐사의 정확도와 속도가 비약적으로 증가했습니다.

 

2. 외계행성 탐사 방법

외계행성을 직접 관측하는 것은 매우 어렵습니다. 행성은 스스로 빛을 내지 않고, 모항성(행성이 도는 별)의 빛을 반사할 뿐이라서 어둡게 보입니다. 밝은 별빛에 묻혀 직접 보기 어렵습니다. 자동차의 헤드라이트가 밝으면 주변에 작은 반사판이 있어도 잘 보이지 않는 것과 비슷한 원리입니다. 그래서 천문학자들은 다양한 간접적 탐사 기법을 개발했습니다.

 

(1) 트랜싯 방법

트랜싯 방법은 행성이 별 앞을 지나면서 별빛이 잠깐 줄어드는 현상을 이용해 행성을 찾아내는 방법입니다. 손전등(별) 앞에 작은 공(행성) 을 지나가게 하면, 빛이 살짝 가려지겠죠?

마찬가지로, 행성이 별 앞을 지나가면 별빛이 아주 조금 줄어듭니다. 천문학자들은 이 밝기 변화를 주기적으로 관찰해서 행성의 존재, 크기, 공전 주기 등을 알아냅니다. NASA의 케플러 우주망원경이 이 방법을 이용해 수천 개의 외계행성을 발견했습니다. TRAPPIST-1 행성계가 트랜싯 방법으로 발견되었습니다.

 

(2) 도플러 분광법

도플러 분광법은 행성이 별을 미세하게 흔들리게 만들면, 별빛 색이 변하는 현상을 이용해 행성을 찾아내는 방법입니다. 기차가 가까이 오면 소리가 높아지고 기차가 멀어지면 소리가 낮아집니다. 이것을 도플러 효과(Doppler Effect)라고 하고, 빛도 같은 원리가 적용됩니다. 별이 미세하게 흔들리는 이유는 행성이 별을 돌지만, 사실 별도 행성의 중력에 의해 살짝 흔들립니다. 별이 행성 쪽으로 움직이면 빛의 파장이 짧아져 푸른색으로 이동하고, 별이 행성에서 멀어지면 빛의 파장이 길어져 붉은색으로 이동합니다.

천문학자들은 이 미세한 색 변화(스펙트럼 변화)를 관측하여 행성의 존재, 크기, 질량 등을 분석합니다. 1995년, 천문학자들이 별빛의 미세한 색 변화를 관측해 페가수스자리 51b라는 외계행성을 발견했습니다. 이것이 최초로 발견된 외계행성이었고, 이후 수많은 외계행성이 같은 방법으로 발견되었습니다.

 

(3) 직접 관측법

지금까지 본 대부분의 외계행성은 트랜싯 방법이나 도플러 분광법 같은 간접적인 방법으로 발견되었습니다. 외계행성을 직접 보기 힘든이유는 스스로 빛을 내지 않고, 모항성의 빛이 너무 강해 행성이 가려지기 때문입니다. 하지만 최근 기술이 발전하면서 외계행성을 직접 촬영하는 방법도 가능해지고 있습니다. 별의 강한 빛을 가려주는 특수 장치(코로나그래프)를 사용하는 방법이 있습니다. 주변의 어두운 행성을 촬영하는 방법으로, 태양을 직접 볼 때, 손으로 가리면 주변의 작은 별이 보이는 것과 같은 원리입니다. 허블 우주망원경과 제미니 천문대가 이 방법을 사용해 외계행성을 촬영합니다. 또, 적외선 카메라로 행성이 반사하는 적외선(열을 내는 빛)을 촬영하여, 별과 구별할 수 있습니다. 제임스 웹 우주망원경(JWST)은 이 방법을 사용해 행성의 대기까지 연구하고 있습니다.

3. 발견된 주요 외계행성들

외계행성 탐사는 다양한 종류의 행성을 밝혀내고 있습니다.

(1) 페가수스자리 51b

1995년에 발견된 최초의 외계행성으로, 목성보다 크지만 항성에 매우 가깝게 공전하는 "뜨거운 목성" 유형의 행성입니다. 이 발견은 외계행성 연구의 시작점이 되었습니다.

(2) 트라피스트-1 시스템

2017년 NASA가 발표한 7개의 지구형 행성이 존재하는 행성계로, 이 중 3개는 생명체가 존재할 가능성이 있는 '거주 가능 영역'에 위치해 있습니다. 이는 외계 생명체 탐사에 있어 중요한 목표가 되고 있습니다.

(3) 프록시마 센타우리 b

태양계에서 가장 가까운 별인 프록시마 센타우리 주변을 도는 행성으로, 지구와 비슷한 질량을 가지고 있으며 생명체 존재 가능성이 거론됩니다. 이 행성은 가까운 거리 덕분에 향후 탐사의 유력한 후보로 주목받고 있습니다.

 

외계행성 탐사는 인류가 우주에서 스스로의 위치를 이해하는 데 중요한 역할을 합니다. 최신 기술의 발전으로 더 많은 외계행성이 발견되고 있으며, 향후 제임스 웹 우주망원경과 같은 차세대 장비를 통해 외계 생명체 탐사의 가능성도 점점 커지고 있습니다. 앞으로의 연구는 우리에게 더 많은 신비를 밝혀줄 것이며, 인류가 우주에서 혼자가 아닐 수도 있다는 가능성을 제시하고 있습니다.