생명을 유지시킬 수 있는 지구와 닮은 행성을 찾는 일은 현대 기술을 그 극한으로 몰아넣는 대단한 도전입니다. 그럼에도 2011년 후반, 그 첫 번째 중요한 성공을 맞이했습니다. 태양과 유사한 별로부터 생명체가 살 수 있을만한 거리에 존재하는 작은 해성이 발견된 것입니다.
행성을 찾는 시선속도 기법은 다른 별들 주위의 궤도에 존재하는 거대 행성들의 위치를 확인하는 데 성공했지만 지구와 닮은 작은 행성을 찾기엔 문제가 많았습니다. 다행히도 기술은 진보했고, 새로운 세대의 초민감 전광 탐지기 덕분에 개별적인 별에서 나오는 빛의 양을 매우 정확하게 측정할 수 있게 됐습니다. 그 결과 어떤 행성이 별의 앞면을 통과할 때 나타나는 미세한 변화를 탐지할 수 있게 됐습니다.
어떤 행성들은 지상 망원경으로도 탐지됐지만, 지구의 요동치는 대기가 일으키는 별빛의 지속적인 깜박거림 때문에 작은 행성의 통과를 탐지하는 것은 거의 불가능합니다. 그래서 통과하는 행성들에 대한 거대 규모의 탐색은 대기권보다 훨씬 높은 곳에서 공전하는 우주망원경에 의존한다. 우주망원경은 한 번에 여러 달 동안, 심지어 여러 해에 걸쳐 동일한 시야 안에 있는 별들에 초점을 맞추고 그 밝기의 변화를 찾을 수 있습니다.
통과 기법은 그 행성의 지름 같은 직접적인 정보는 제공해 줄 수 있지만 행성의 질량을 직접적으로 밝혀줄 수는 없습니다. 하지만 만일 어떤 행성이 시선 속도법에 의해 확인될 수 있다면 그 밀도와 성분까지도 발견될 수 있습니다.
코로와 케플러
프랑스가 주도한 유럽의 코로 위성은 통과 방법을 최초로 실행했습니다. 2006년 후반에 발사된 코로는 2007년 2월 행성 탐사와 성진학의 두 목표를 갖고 작동을 시작했습니다. 코로는 27cm 최신 망원경과 네 개의 2,048x2,048 픽셀 CCD를 탑재했는데, 코로는 이것들을 사용해 뱀자리와 외뿔소자리에 있는 서로 반대쪽의 두 별 영역을 모니터링합니다.
2009년 3월 미 항공우주국은 케플러라고 이름 붙인 통과 행성 탐색 우주선을 발사했습니다. 각각 2,200x1,024 픽셀 해상도를 가진 42개의 CCD와 1.4m 망원경을 탑재한 케플러는 시야가 더 넓고 차별화된 관측 기법을 갖고 있습니다.
지구를 공전하는 코로와 달리 케플러는 태양 주위를 자신의 궤도를 갖고 공전하는데, 이 때문에 지구의 방해를 받지 않고 백조자리, 거문고자리, 용자리의 경계들을 아우르는 하늘의 한 지점을 응시할 수 있습니다. 케플러는 적어도 3년 반 동안 약 145,000개의 측정 가능한 주계열성을 포함하는 시야를 모니터링할 것입니다.
두 위성들은 각각 문제에 직면했습니다. 코로의 임무 중에는 각각의 목표 지역을 한 번에 150일 동안 연구하는 것이 포함되는데, 성진학 관측을 위해서 그 목표 지역들을 짧게 번갈아가면 관측해야 합니다. 그러나 2009년 발생한 데이터 프로세싱 장치의 고장으로 4개의 CCD가 손상을 입었고, 그것이 연구할 수 있는 별의 수를 극대화하기 위해서 위성의 긴 관측은 90일로 축소됐습니다. 한편 케플러는 측정 과정에서 예상치 못했던 잡음이 생겼는데, 이 잡음이 행성이 확인되기 전에 발생해야만 하는 개별적인 통과 이벤트의 수를 증가시키는 경우도 있었습니다.
유망한 출발
그럼에도 이 두 위성의 임무는 굉장한 성공을 거두었고, 이로써 통과 방법의 거대한 잠재력이 입증됐습니다. 코로의 첫 두 행성들인 코로-1b와 코로-2b로 불리는 뜨거운 목성들이 발사 몇 주만에 발견됐고, 이어 코로-1b는 자신의 부극소를 밝혀 준 첫 번째 외계항성 체계가 됐습니다.
부극소의 발견은 엄청난 과학적 잠재력을 갖는데, 천문학자들로 하여금 행성으로부터 빛을 따로 분리해 낼 수 있게 해 주고, 이를 통해 온도나 심지어 대기의 화학 성분과 같은 성질을 밝혀 주기 때문입니다. 이후 지금까지 발견된 것들 중 가장 작은 행성들과 수많은 목성 크기의 행성들이 발견됐습니다.
케플러 역시 전개 후 수 주 내에 행성들을 발견하기 시작했는데, 이들 대부분은 아주 작은 궤도를 갖는 뜨거운 목성들과 뜨거운 해왕성들이었습니다. 통과 방법의 특성을 고려할 때 이것은 놀라운 일이 아닙니다. 그것은 지구에서 봤을 때 그 궤도가 우연히 별 바로 앞을 통과하는 행성만을 발견해 낼 수 있고, 이러한 사건이 발생할 확률은 행성의 궤도 크기가 증가함에 따라 훨씬 작아집니다. 하지만 케플러의 방대한 별들의 샘플은 매우 드문 사건들이라도 관찰될 수 있다는 것을 의미하며, 현재까지 확인되지 않은 2천 개 이상의 후보 행성들에 근거한 정교한 통계적 기법은 천문학자들로 하여금 매우 특별한 결론에 도달하게 했습니다.
지구와 닮은 작은 행성들은 예상했던 것보다 훨씬 더 흔해 보입니다. 근접 쌍성계의 양 구성원 모두의 주위를 공전하는 타투인 행성들의 존재 역시 확인됐습니다. 가장 흥미로운 것은 대략적으로 계산해 본 결과 모든 별들의 3%에 해당하는 많은 별들이 표면에 액체 상태의 물이 존재할 수 있는, 서식 가능 지역을 공전하는 행성들을 가질 수 있다는 것입니다.
2011년 12월 케플러 팀은 그 구체적인 사례를 발견했습니다. 케플러-22b는 지구의 2.4배에 해당하는 크기를 가지며, 지구로부터 600광년 정도 떨어진 태양과 유사한 어떤 별 주위의 생명체 서식 가능 지역을 공전하고 있는 행성입니다. 비록 어떤 전문가들은 그 행성이 성질상 암석질 행성이라기보다는 해왕성과 유사할 것이라고 믿지만, 그것은 여전히 주요한 성과이며, 곧이어 며칠 뒤에 최초로 정말 지구만 한 행성이 발견됐습니다.
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