외계 행성

태양계 밖의 행성을 외 행성, 외계 행성이라고 한다. 태양이 아닌 다른 항성 주위를 공전하고 있는 행성이고 지금까지 우리 은하 내 3800여 개의 외계 행성이 발견되었다. 우리 은하에만 수십억 개의 행성이 존재하는 것으로 생각되며 거의 항성을 돌고 있으나 일부는 홀로 우주 공간을 움직이는 떠돌이 행성이기도 하다. 그 중 지구와 가장 가까운 것은 프록시마 b로 추정하고 있다.

16세기 이탈리아의 신학자인 조르다노 부르노는 붙박이별들은 태양과 비슷하고 그 주위를 행성들이 돌고 있다고 주장했다.

또한 아이작 뉴턴은 《자연철학의 수학적 원리》에 부르노와 비슷한 주장을 적어 놓았는데 태양계 행성들과의 비교를 통해 뉴턴은 "그리고 만약 붙박이별들이 각각 태양처럼 계의 중심이라면 이들은 모두 비슷한 형태로 구성되어 있을 것이며 ‘절대자’의 다스림 아래 있을 것이다."라고 얘기했다.

확인된 외계 행성 대부분은 목성이나 해왕성 정도 크기의 가스 행성일 것으로 생각되지만 가스 행성들이 외계 행성들 중 대부분을 차지하는 것은 아니다. 단지 무거운 행성들은 조금 더 쉽게 눈에 띄기 때문이다. 가벼운 지구질량 수 배 정도의 외계 행성들도 많이 발견되었으며 암석형 외계 행성의 수는 가스 행성보다 많은 것으로 보인다. 최근 지구와 비슷하거나 작은 질량의 행성들도 발견되고 있고 일부는 질량 외의 여러가지 속성이 지구와 비슷한 행성도 있다. 갈색 왜성을 도는 외계 행성들도 있지만 속박되지 않고 우주를 떠도는 행성도 있다. 그러나 이런 상황에서 천체들에 '행성' 명칭이 무조건 적용되는 것은 아니다.

일부 행성은 생명체 존재가능 영역 내를 돌고 표면에 물이나 생명체가 존재 가능할 것으로 보이기도하며 이런 행성들 발견으로 외계 생명체가 존재 할 수 있을 거란 추측은 커지고 있다. 외계 행성이 생명체가 살기에 적합한지 요소들을 고려하는 것을 행성 거주 가능성 연구라고 하며 보통 외계 행성 탐사에 포함된다.

수많은 철학자와 과학자들은 외계 행성이 있으리라고 예측해 왔으나 외계 행성이 얼마나 많이 있는지 또는 얼마나 우리 태양계와 외계 행성계가 비슷한지 알 수가 없었다. 19세기부터 외계 행성을 찾았다는 발표가 여러 번 있었지만 천문학자들의 주장들은 모두 기각되었다. 1992년 펄사 PSR B1257+12 주위를 도는 암석 행성들의 존재가 최초로 검증되었고 그 후 발표되었다. 최초로 발견된 행성은 페가수스자리 51을 4일에 한 바퀴 도는 가스 행성 페가수스자리 51 b이다. 관측 기술이 좋아진 덕분에 이후 외계 행성을 발견하는 속도는 빨라졌다. 몇가지 외계 행성은 망원경으로 직접 사진을 찍었으나 대개는 간접적인 방법으로 발견되었다.

어머니 항성에 비하면 행성들은 가시광선 파장에서 내는 빛은 항성의 백만 분의 일 이하라서 너무 어둡다. 이렇게 흐린 빛을 잡아내는 것은 보통은 어렵고 어머니 별에서 나오는 빛이 다 가려버린다. 따라서 어머니 별의 강한 빛을 가리면서 행성에서 나오는 빛은 남겨놓는 방법을 연구중인데 기술적으로 큰 도전거리이다.

앞에서 설명한 이유로 현재 기술 수준에서 망원경을 이용하여 외계 행성의 형상을 찍는 것은 극히 드문 경우가 아니면 불가능하다. 상을 찍을 수 있는 경우라도 행성의 질량이 목성보다 훨씬 더 커야 하고 어머니 항성에서 꽤 떨어져 있으며 적외선 영역에서 빛을 낼 정도로 내부열을 많이 갖고 있어야 한다.

많은 외계 행성들은 우리 태양계 수성보다 어머니 항성을 훨씬 더 가까운 곳에서 돌고 있다. 시선속도법은 작은 궤도를 도는 행성들을 보다 잘 찾아내는데 이런 뜨거운 목성의 존재에 충격을 받았으나 현재 대부분의 외계 행성들은 항성에서 보다 멀리 떨어져 있을 거라고 확신한다. 그 중 일부는 물이 액체 상태로 존재 가능한 생물권 내를 도는 경우도 있으며 대부분의 외계 행성계에는 목성이나 토성과 비슷한 덩치의 가스 행성이 두 개씩은 있을 가능성이 높다.

공전 이심률은 행성이 어머니 항성을 얼마나 궤도를 찌그러지게 그리면서 도는지를 보여준다. 발견된 행성들 대부분의 궤도는 크게 찌그러져 있고 관측적 선택편향이 아니고 외계 행성들이 보여주는 일반적인 모습이다. 그 이유로 궤도 이심률은 행성 발견 감지도에 영향을 끼치는 요소가 아니기 때문에 타원 궤도가 흔하다는 사실은 과학자들에게 있어 중대한 수수께끼인데 지금 행성 탄생 이론에 따르면 행성의 궤도는 원에 가깝게 형성되어야 한다고 나와 있기 때문이다. 이러한 의문을 설명할 수 있는 이론 중 하나로 T 왜성과 같은 천체가 행성계에 숨겨져 있어 행성의 궤도를 뒤틀리게 만든다는 주장이 있다. 이 이야기는 우리 태양계가 흔치 않은 사례일 것임을 얘기해주는데 그 이유는 수성을 뺀 행성들이 원에 가까운 궤도를 돌고 있기 때문이다.

외계 행성들은 흔하다
2015년까지 1800개가 넘는 외계 행성들이 발견되었고 지금도 계속 발견되고 있다. 카네기 과학 재단의 앨런 보스 박사는 우리 은하 안에만 수천억 개의 암석 행성이 있을 거라고 생각했다. 이들 중 많은 곳에 단순한 형태의 생명체가 존재하며 수천 개의 문명이 존재할 수 있다고 주장했으며 태양과 비슷한 항성 주위에는 평균 지구와 비슷한 행성이 하나씩은 있다고 추측했다.

수치 측정 축소 가능성
외계 행성이 한 개만 있는 행성계의 시선 속도 곡선은 대부분 궤도이심률이 0.1 이상인데 모의 실험 결과 행성이 2개 있을 경우 궤도가 원형이 되는 경우가 많았다. 항성 주위 1개만 있다고 보고된작은 행성들 중 약 15퍼센트가 숨겨진 형제 행성이 있을 가능성이 높다.

밝혀지지 않은 의문점
최근 여러 외계 행성 대기를 조사한 결과 물이 없었다는 것은 우리가 외계 행성들의 속성에 대해 아직 모르는 것이 많음을 깨닫게 해주었다. 또다른 의문점으로 외계 행성에 생명체가 존재할 수 있는가의 의문이 있고 여러 개의 행성들은 어머니 항성의 생물권 내를 공전하고 있으며 대부분은 지구보다는 목성과 비슷한 가스 덩어리이다. 만약 이 행성들 주위에 거대한 위성들이 있다면 생명체가 살기에 적당한 환경일 것이다. 그러나 외계 행성에서 생명체의 존재하는 것을 알 수 있다는 건 기술적으로 매우 힘든 도전 과제가 될 거라고 예상한다.