생명체 사는 새 행성찾기 모두의 꿈

유토피아 찾을 첨단망원경 개발 중

현대 천문학의 가장 큰 화두 중의 하나는 ‘태양 외의 별에 생명체가 살 수 있는 행성이 있을까?’ 하는 것이다. 우주에 생명체가 지구에만 있는지는 천문학자뿐 아니라 일반인에게도 매우 중요하고 흥미로운 문제일 것이다. 태양 외의 별에서 행성을 처음 발견한 1995년 이래 관측장비의 발전과 관심의 증가로 550개가 넘는 외계행성이 발견됐다. 이 외계행성들은 목성만큼 큰 데다 모성(母星)에 아주 가까이 있는 것이 대부분이다. 지구만 하거나 모성에서 제법 멀리 떨어진 것은 소수에 지나지 않는다. 두 가지 조건을 모두 충족하는 외계행성은 발견된 적이 없다고 해도 과언이 아니다. 그렇다면 지구를 닮은 외계행성은 정말로 없는 것일까. 그렇지 않을 것이다. 다만 발견해 내는 방법에 문제가 있을 뿐이다.

김호일 천문연구원 광학천문 본부장

별 주위에 행성이 있으면 별과 행성은 이들의 질량중심을 공전한다. 따라서 별이 주기적으로 미세하게 멀어졌다 가까워지는 운동을 보인다면 별 주위에 행성이 있을 가능성이 있다. 우리는 이것을 도플러 효과를 이용해 발견해 낸다. 하지만 행성이 가벼우면 그만큼 별의 운동속도가 작아져 찾아내기 어려워지는 문제가 있다. 또 하나의 방법은 별의 밝기를 측정하는 것이다. 별 주위에 행성이 있고 이 행성의 궤도가 우리가 바라보는 방향과 같다면 행성이 별의 앞을 지나는 동안 평상시보다 조금이지만 더 어둡게 만드는 일이 주기적으로 반복될 것이다. 행성이 작을수록 어두워지는 정도가 작아질 것이므로 측정하기가 그만큼 어렵다. 위의 두 방법 모두 행성이 목성만큼 크고, 별에 아주 가까이에 있어야 발견이 쉽다는 한계를 가지고 있다. 지구가 태양을 한 번 공전하는 데 걸리는 시간이 1년이다. 지구 같은 행성을 찾으려면 적어도 1년 동안을 계속 관측해야 한다는 뜻이다. 별로부터 멀리 떨어져 있을수록 공전주기는 길어지므로 확률은 더욱 낮아진다. 발견된 외계행성의 공전주기가 대체로 수일에 지나지 않는 이유이다.

요약하자면, 지금까지 발견된 행성은 모성 주위를 아주 가까운 거리를 두고 공전하고 있고, 크기도 목성에 견줄 만큼 큰 것이 대부분이다. 행성이 별에 아주 가까이 있다면 그 행성의 온도가 매우 높아 생명체가 살 수 없다. 당연히 물도 없을 것이다. 너무 멀면 온도가 낮아서, 너무 크면 가스로 이루어져 있어서, 너무 작으면 공기를 가질 수 없어서 생명체가 살 수 없다. 별에서 적당한 거리에, 적당한 크기를 가진 행성이어야 온도, 공기, 물, 단단한 표면 등 생명체가 존재할 수 있는 필수 조건을 만족시킬 수 있는 것이다.

생명체가 살 수 있는 행성을 어떻게 찾아낼 수 있을까. 방법의 하나는 직경 20m 이상의 거대망원경을 이용하는 것이다. 여기에 적응광학계를 이용하면 서울에서 제주도에 있는 사람의 얼굴을 선명하게 찍을 수 있는 정도의 성능을 갖는다. 이 정도면 행성을 모성과 함께 직접 사진으로 찍거나 별의 미세한 움직임을 찾아 낼 수 있다. 중력렌즈현상을 이용하는 방법도 있다. 행성을 가진 별이 다른 별 앞을 지나가면 앞의 별이 중력적으로 렌즈처럼 작용해 뒤의 별에서 오는 빛을 모아 더 밝게 증폭시키는 것을 이용하는 것이다. 이때 망원경은 직경 2m 정도로 작아도 되지만 시야가 넓어야 한다. 한 번에 수백 만 개 이상의 별을 찍을 수 있어야 하기 때문이다. 우리나라는 이 두 종류의 망원경 개발에 이미 착수했다. 2014년이면 외계행성 전용 망원경이 완성되고, 2019년이면 직경 25m 거대망원경이 서게 된다. 이 망원경들을 이용해 세계 최초로 생명체가 살 수 있는 행성을 찾을 수 있을 거라고 기대하고 있다.

김호일 천문연구원 광학천문 본부장

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