파란색 외계행성 HD 189733b

 

 

그림 1> 이 그림은 자신의 적황색별 HD 189733 주위를 공전하고 있는 '뜨거운 목성'급의 행성에 대한 상상화이다.

허블우주망원경을 이용하여 이 행성의 실제 눈에 보이는 색깔을 측정할 수 있었으데 이 행성의 색깔은 짙은 파란색이다.

이 색깔은 우리 지구와 같이 바다에서 기인하는 것은 아니다. 
섭씨 1100도에 육박하는 대기에서 규산염 입자들이 녹아 유리입자로 된 빗방울을 만들고 이것이 붉은 색보다는 파란색을 산란시키면서 발생하는 것이다.

자신의 별을 고작 464만 킬로미터거리에서 공전하고 있는 이 행성, HD 189733b는 2005년에 처음 발견되었다.

이 행성의 공전궤도는 자신의 별과 너무 가까워 자신의 별의 중력장에 잠겨 있는 상태이며 그래서 이 행성의 한쪽면은 항상 별을 향하고 있고 반대면은 항상 어둠에 잠겨 있는 상태이다.

2007년 NASA는 스피처 우주망원경을 이용하여 이 행성의 열분포도를 작성하였으며 이를 통해 그림에서 보이는 바와 같이 이른오후 정도 지점의 고온지역을 식별할 수 있었다.

규산염을 머금고 있는 높은 고도의 구름들은 주간반구에서 야간반구쪽으로 시속 7200킬로미터의 속도로 불려나가고 있는 것으로 보인다.

이 행성까지의 거리는 지구로부터 고작 63광년밖에 되지 않기 때문에 방문자들은 우리 지구에서 보는 별들과 거의 동일한 별들을 보게 될 테지만 별자리의 패턴은 사뭇 다를 것이다.

그림에서는 우리별 태양과 태양으로부터 가장 가까이 위치한 알파 센타우리 별이 중심부 근처에 희미하게 보인다.

 

The full news release story:

천문학자들이 허블우주망원경을 이용하여 63광년 거리에 위치한 별을 공전중인 행성의 실제 눈으로 보이는 색깔을 측정해냈다.

만약 이 행성을 직접 보게 된다면, 우주공간에서 바라본 지구의 색깔을 연상시킬만한 "짙은 파란색 점"으로 보이게 될 것이다.

 

그러나 거기까지가 비교해볼만한 요소의 전부이다.

이 행성의 한낮 기온은 거의 섭씨 1100도에 육박하며 시속 7200킬로미터에 달하는 폭풍과 함께 유리로 된 비가 내릴 가능성이 있다.

짙은 파란색은 열대 바다의 빛이 반사되면서 나오는것이 아니라 뿌연대기의 화염으로부터 발생하는 것으로 보이며 아마도 높은 고도 규산염 원소 구름으로부터 발생하는 것으로 보인다.

응축 온도에 도달한 규산염은 매우 작은 유리결정을 만들게 되는데 여기에서 산란되는 빛이 푸른빛을 만들어내는 것으로 추측된다.

 

폭풍가득한 이 외계 행성은 HD 189733b로 등재되어 있으며 자신의 별 전면을 지나는 행성으로서는 우리 지구로부터 가장 가까운 외계 행성중 하나이다.

이 행성은 그간 허블우주망원경을 비롯한 여러 관측 기구를 통해 집중적으로 연구되어 왔으며 드라마틱하게 변화하는 생소한 대기환경을 보여주었다.

 

이번 관측은 '뜨거운 목성'급으로 분류된, 자신의 별 가까이에서 불안정하게 공전하고 있는 이 기이한 행성의 화학적 조성과 구름의 구조에 대한

새로운 통찰을 제공해 주었다.

 

구름은 행성의 대기에 있어서 핵심적인 역할을 수행하곤 한다.
그래서 뜨거운 목성급의 행성에 있어 구름의 존재를 탐지하는 것과 구름의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않다고 학자들은 입을 모은다.

팀의 일원중 한 명인 영국, 엑서터 대학교 패드릭 폰트(Frederic Pont )의 의견은 다음과 같다.
"우리가 규산염 구름이 존재하는 행성의 물리적 특성과 기후에 대해 거의 무지하다는 것은 명확한 사실입니다. 

우리는 새로운 유형의 대기물리학을 탐색하고 있는 셈이죠."

연구팀은 이 행성의 빛깔변화를 측정하기 위해 이 행성이 자신의 별 뒷편을 통과하기 전과 통과하는 중, 그리고 통과 후를 허블우주망원경의 분광촬영기를 이용하여 관측하였다.

이 기술은 이 행성의 공전궤도가 지구를 향해 모서리를 보이는 각도이기 때문에 가능했다. 
이러한 배열로 인해 이 행성은 일상적으로 자신의 별 전면과 뒷면을 통과하는 모습을 보여주고 있는 것이다.

 

허블은 이 행성이 자신의 별 뒤로 숨어들어갈 때 약 1만분의 1에 해당하는 빛의 작은 변화 양상을 측정하였으며 이때 발생하는 미미한 색채의 변화도 감지해냈다. 

 

폰트의 견해는 다음과 같다.
"우리가 이 행성을 관측했을 때 파란색에서 밝기가 떨어지는 양상을 관측했습니다. 초록색과 붉은색은 전혀 변함이 없었죠.
이 행성이 자신의 별 뒷편으로 숨어들때 손실된 색깔은 빨간색이 아닌 파란색이기 때문에 이는 사라진 이 행성의 색깔이 파란색이라는 것을 의미하는 것이죠."

 

연구팀의 연구 결과는 아스트로피시컬 저널(Astrophysical Journal) 온라인판에 7월 11일 발표되었으며 8월 1일 발행되는 아스트로피시컬 저널에 등재될 예정이다.

 

이전 연구에서도 이 행성에는 푸른색 빛이 나타나고 있다는 증거가 보고된바 있다.

그러나 연구원들은 이번 허블 관측을 통해 그 증거를 확정할 수 있었다고 말했다.

 

HD 189733b가 처음 발견된 것은 2005년이었다.

이 행성은 자신의 별을 464만 킬로미터 떨어진 채로 공전하고 있는데, 그 거리가 너무 가까워서 별의 중력장에 묶여 있는 상태이며 그래서 항상 한쪽 면만을 자신의 별을 향하고 있고, 나머지 한쪽 면은 항상 어두운 상태이다.

 

2007년 NASA의 스피처 우주망원경은 이 행성을 적외선대역에서 측정한 바 있다.

이 관측으로부터 외계행성으로는 처음으로 이 행성의 온도분포도를 작성할 수 있었다.

이 행성의 온도 지도는 이 행성의 주간반구와 야간반구와의 온도차이가 무려 섭씨 260도에 달함을 보여주고 있었다.

이러한 온도차는 주간반구로부터 야간반구로 향하는 격렬한 푹풍을 만들어내게 된다.

허블의 가시광선에 의한 보완 관측은 행성자체가 가지고 있는 뜨거운 열기에 의한 영향을 제거시키고 대기구성 자체에 집중할 수 있게 해 주었다.

 

폰트는 우리 태양계의 행성을 포함하여 특정 행성의 대기가 어떤 원인에 의해 특정 색깔을 띄게 되는지를 정확하게 아는 것은 매우 어려운 일이라며 신중한 태도를 취했다.

예를 들어 우리 태양계의 목성의 경우는 알 수 없는 특정 색체 분자들로 인해 붉은 빛을 띤다고 한다.

금성의 경우는 자외선을 반사하지 않는데 이는 대기상에 아직 정체가 규명되지 않은 자외선 흡수체가 존재하기 때문이다.

우주에서 바라본 지구가 푸른색을 띄는 이유는 지구의 대양이 붉은색과 초록색 파장을 파란색보다 더 강력하게 흡수하기 때문이다.

 

게다가 지구의 대양은 태양의 푸른색 파장중 짧은 쪽의 파장이 대기상의 산소와 질소분자에 의해 선택적으로 산란되는 과정인 이른바 레일리 산란(Rayleigh scattering)이라 불리는 효과가 발생하는 푸른하늘을 반사하고 있기도 하다.

 

 

그림 2> 이 도표는 우리 태양계에 있는 행성들의 색깔과 뜨거운 목성급 행성인 HD 189733b 의 색깔을 비교한 것이다.

화성과 같은 예외적인 경우를 제외하고, 행성의 색깔은 주로 행성의 대기를 구성하고 있는 화학적 성분에 의해 결정된다.

지구의 경우는 푸른색 대기와 푸른색의 바다가 지구의 색에서 우세하게 나타난다.

HD 189733b의 깊은 파란색은 규산염 방울들로부터 만들어지는 것으로 이 규산염 방울들은 섭씨 1100도의 대기에서 푸른빛을 산란시키고 있다.

 

참고 :  HD 189733b 행성은 일찍부터 대기변환 측정에 대한 다수의 뉴스를 배출해온 외계행성입니다. 

아래 링크를 참고하세요.
대기변화를 최초로 탐지한 것에 대한 2007년 12월 11일 ESA와 NASA의 발표 뉴스 :

 https://big-crunch.tistory.com/9606996
대기에서 유기분자가 발견되었음을 보도한 2008년 3월 19일 발표 뉴스 :

 https://big-crunch.tistory.com/11287266
대기에서 이산화탄소가 발견되었음을 보도한 2008년 12월 9일 뉴스 :

 https://big-crunch.tistory.com/12345562
이 외계행성의 대기변화양상을 보도한 2012년 6월 28일 뉴스 :

 https://big-crunch.tistory.com/12346158
           
* '허블사이트'폴더에는 허블공식사이트(http://hubblesite.org) 의 뉴스센터 자료를 번역,게시하고 있습니다.
   본 내용은 2013년 7월 11일 발표된 뉴스입니다.          

 

참고 : HD 189733b를 비롯한 다양한 외계행성 및 원시행성원반에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346973

 

원문>

 

 

 

그림1>

ABOUT THIS IMAGE:

This illustration shows a hot-Jupiter-class planet orbiting its yellow-orange star, HD 189733. NASA's Hubble Space Telescope measured the actual visible-light color of the planet, which is deep blue. This color is not due to the presence of oceans, but is caused by the effects of a 2,000-degree-Fahrenheit atmosphere where silicate particles melt to make "raindrops" of glass that scatter blue light more than red light.

The planet HD 189733b was discovered in 2005 and is only 2.9 million miles from its parent star. The planet is so close to its star that it is gravitationally "tidally locked" so that one side always faces the star and the other side is always dark. In 2007 NASA's Spitzer Space Telescope made a thermal map that identified the presence of an early afternoon hotspot on the planet, as shown here. High-altitude clouds, laced with silicates, may blow from the day side to the night side at 4,500 miles per hour.

Because the planet is only 63 light-years from Earth, a visitor would see many of the same stars we see in our nighttime sky, though the constellation patterns would be different. Our Sun and the nearest star to our Sun, Alpha Centauri, appear as two faint stars near image center.

Image Type: Artwork

 

Illustration Credit: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI)

Science Credit: NASA, ESA, F. Pont (University of Exeter), T. Evans (University of Oxford), D. Sing (University of Exeter), S. Aigrain and J. Barstow (University of Oxford), J.-M. Desert (Caltech), N. Gibson (European Southern Observatory), K. Heng (University of Bern), H. Knutson (Caltech), and A. Lecavelier des Etangs (Institut d'Astrophysique de Paris)

 

The full news release story:

Astronomers using NASA's Hubble Space Telescope have deduced the actual visible-light color of a planet orbiting another star 63 light-years away.

If seen directly it would look like a "deep blue dot," reminiscent of Earth's color as seen from space. But that's where all comparison ends. The planet's daytime atmosphere is nearly 2,000 degrees Fahrenheit, and it possibly rains glass — sideways — in howling 4,500-mile-per-hour winds.

The cobalt blue color doesn't come from the reflection of a tropical ocean, but rather from a hazy blow-torched atmosphere and perhaps from high clouds laced with silicate particles. The condensation temperature of silicates could form very small drops of glass that would scatter blue light more than red light.

The turbulent alien world, cataloged HD 189733b, is one of the nearest exoplanets to Earth that can be seen crossing the face of its star. It has been intensively studied by Hubble and other observatories, and its atmosphere is dramatically changeable and exotic.

The observations yield new insights into the chemical composition and cloud structure of a bizarre "hot Jupiter" class planet, which orbits precariously close to its parent star.

Clouds often play key roles in planetary atmospheres, and detecting the presence and importance of clouds in hot Jupiters is crucial, say researchers. "We obviously don't know much on the physics and climatology of silicate clouds, so we are exploring a new domain of atmospheric physics," said team member Frederic Pont of the University of Exeter, South West England, the United Kingdom.

The team used Hubble's Space Telescope Imaging Spectrograph to measure changes in the color of light from the planet before, during, and after the passage of the planet behind the parent star. This technique is possible because the planet's orbit is tilted edge-on as viewed from Earth; therefore, it routinely passes in front of and then behind the star.

Hubble measured a small drop in light — about one part in 10,000 — when the planet went behind the star, and a slight change in the color of the light, too. "We saw the light becoming less bright in the blue, but not in the green or the red. This means that the object that disappeared is blue because light was missing in the blue, but not in the red when it was hidden," said Pont.

The team's study will be published online July 11 and will appear in the August 1 issue of the Astrophysical Journal Letters.

Earlier observations have reported evidence for the scattering of blue light on the planet. But this most recent Hubble observation gives confirming evidence, said the researchers.

The planet HD 189733b was discovered in 2005. At a distance of only 2.9 million miles from its parent star, the planet is so close that it is gravitationally "tidally locked" so that one side always faces the star and the other side is always dark.

In 2007 NASA's Spitzer Space Telescope measured the infrared light, or heat, from the planet. This observation produced one of the first-ever temperature maps of an exoplanet. The map shows that the dayside and night-side temperatures differ by about 500 degrees Fahrenheit. This temperature difference should cause fierce winds to roar from the daytime to nighttime side. The complementary visible-light Hubble observations reduce contamination from the planet's own hot glow, and focus on atmospheric composition.

Pont cautions that it's difficult to know exactly what causes the color of a planet's atmosphere, even for solar system planets. For example, Jupiter is reddish due to unknown color-carrying molecules. Venus does not reflect ultraviolet (UV) light due to an unknown UV absorber in the atmosphere.

Earth looks blue from space because the oceans absorb red and green wavelengths more strongly than blue light. In addition, the oceans reflect Earth's blue sky where the shorter blue wavelengths of sunlight are selectively scattered by atmospheric oxygen and nitrogen molecules in a process called Rayleigh scattering.

CONTACT

Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4514
villard@stsci.edu

Frederic Pont
University of Exeter, Exeter, United Kingdom
011-44-1392-725522
f.pont@exeter.ac.uk

 

그림2>

ABOUT THIS IMAGE:

This plot compares the colors of solar system planets to the color of the hot-Jupiter-class planet HD 189733b. With the exception of Mars, the colors are primarily determined by the chemistry of the planets' atmospheres. Earth's blue atmosphere plus the blue tint of the oceans dominate our world's hue. HD 189733b's deep blue color is produced by silicate droplets, which scatter blue light in the 2,000-degree-Fahrenheit atmosphere.

Image Type: Illustration

 

Credit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)