또다른 지구를 찾아서

 

Credits: NASA/Ames/JPL-Caltech

그림 1>

이번에 새로 발견된 외계행성 케플러 452b는 지금까지 발견된 그 어느 행성보다 지구를 닮은 외계행성이다.

이 그림은 화가의 상상으로 그려내어 나란히 세운 생명가능구간 상의 지구와 유사한 외계행성들이다.
왼쪽부터 케플러 22b(Kepler-22b), 케플러 69c(Kepler-69c), 그리고 이번에 발견된 케플러 452b (Kepler-452b), 케플러 62f(Kepler-62f), 케플러 186f(Kepler-186f)가 도열해 있다.

가장 오른쪽에는 행성 지구가 자리잡고 있다.

 

태양과 같은 별 주위를 도는 슈퍼 지구급의 행성을 발견하는 것은 태양계와 같이 물이 가득한 또 하나의 행성계를 찾는 우리의 여정을 한 걸음 더 나아가게 해준다.

NASA 케플러우주망원경이 미리내의 수많은 별들 중에서 또 하나의 생명가능구간의 행성에 대한 증거를 발견했다.

 

쟁쟁한 경쟁자들 사이에서 짧은 시간 내 검토를 진행하는데 있어서 "생명가능구간"에 집중하는 것은 많은 도움이 된다.

"생명가능구간"이란 자신의 별에 너무 가깝지도 너무 멀지도 않은 공전궤도에서 유지되는 온도대역의 구간을 말한다. 

자신의 별에 너무 가까운 행성은 바짝 구워진 상태이다.(우리는 이와 같은 행성으로서 금성을 알고 있다.)

너무나 멀리 떨어져 있다면 완전히 얼어붙은 세상이 된다.

 

그러나 생명가능구간에서 안락함이 확고해지려면 그 행성은 반드시 표면에 액체로 된 물을 가지고 있어야 한다.

그게 꼭 필요한 조건이다.

이것보다 더 적절한 골디락은 존재하지 않는다.

사실 과학자들이 말하는 '골디락'은 바로 액체의 물이 존재할 수 있는 지역을 말한다.

 

이 구역은 넓을 수도, 좁을 수도 있으며 자신의 별에 좀더 가까이 있을 수도, 훨씬 멀리 있을 수도 있다.
이것은 전적으로 해당 행성계를 거느린 별의 크기와 방출에너지가 얼마나 되느냐에 달려있다.

붉은색 난쟁이별과 같은 작은 별이라면 생명가능구간은 훨씬 가까이 위치하게 될 것이다.

그러나 거대한 몸집의 뜨거운 별이라면 이 구역은 훨씬 더 멀리 안전한 거리까지 후퇴하게 될 것이다.

 

 

Credits: NASA/Ames/JPL-Caltech

그림 2>

케플러 우주망원경에 의해 발견되어 행성으로 확정된 1030개의 외계행성 중 지구 크기의 두 배 이하의 몸집을 가지면서 생명가능구간에 위치하는 행성은 12개이다. 

이 표는 각 외계행성을 원으로 표현한 것이다.

각 외계행성은 자신이 공전하는 별의 유형에 따라 왼쪽에서 오른쪽으로 크기별로 정렬되어 있다.
M 형 별은 우리 태양보다 현저하게 낮은 온도와 크기를 가진 별이다.
K 형 별은 태양보다 약간 낮은 온도와 크기를 가진 별이며 G 형 별은 바로 우리 태양이 속해 있는 유형의 별이다.

행성의 크기는 자신의 별 대비 25배 과장되어 있다.

 

지금까지 생명가능구간에서 지구와 비슷한 크기의 행성은 대략 12개가 발견되었다.

사실 이 범주에 해당하는 외계행성은 생명가능구간이 어떻게 한정될 수 있는가에 따라, 그리고 행성의 크기 측정이 지니는 불확실성에 따라 10개에서 15개까지 숫자는 늘어나거나 줄어들 수 있다.

 

이번에 새로 발견된 케플러 452b는 행성 사냥꾼들의 상상력에 불을 붙였는데, 이 행성계는 지금까지 발견된 어느 행성계보다도 태양-지구와 많은 비슷한 점을 가지고 있었기 때문이다.
우선 이 행성은 생명가능구간 내에 위치하고 있으며 그 직경은 지구 크기의 1.5배 정도밖에 되지 않는다.
그리고 이 행성이 돌고 있는 별 역시 우리 태양과 상당히 유사한 별이다.

(참고 : 케플러 452b(Kepler-452b)의 발견에 대한 상세내용 )

이 행성의 발견자들은 이 행성이 암석질 행성일 가능성이 크다고 말하고 있다.

케플러 452b는 지금까지 발견된 그 어느 외계행성보다도 지구와 비슷하다.

그리고 이러한 행성을 찾아낸 시점도 참으로 시의적절하다.
2015년은 일반적인 별 주위를 도는 외계행성이 처음으로 확정된지 20년째가 되는 해이기 때문이다.

 

그러나 외계행성의 발견에 있어서 각 행성이 갖는 지구와의 유사성은 지속적으로 그 폭을 좁혀왔다.

 

이번 발견이전에 "지구와 가장 유사한"이라는 타이틀을 가지고 있었던 외계행성은 케플러 186f이다.
(모든 명칭 앞에 '케플러'가 붙는 이유는 이들이 모두 케플러우주망원경에 의해 발견되었기 때문이다.)

 

지구로부터 500광년 거리에 있는 케플러 186f의 크기는 지구보다 10퍼센트 정도가 더 크며 액체의 물이 유지될 수 있을만한 생명가능구간에 위치하고 있었다.

그러나 이 행성은 130일을 주기로 우리 태양보다 훨씬 온도도 낮고 크기는 반 정도밖에 되지 않는 붉은색 난쟁이별 주위를 돌고 있었다.

2014년 이 행성의 발견을 보고한 논문의 공동저자였던 NASA 에임스 연구센터  베이 에어리어 환경 연구소의 연구원 토마스 바클레이(Thomas Barclay)는 이 행성이 딱 지구의 사촌에 해당하는 행성이라고 말한바 있다.

 

케플러 186f가 자신의 별로부터 받는 에너지는 지구가 태양에서 받는 에너지의 3분의 1 정도였다.

또한 이 행성은 생명가능구간의 바깥쪽 모서리에 위치하고 있었다.

과학자들은 만약 이 행성의 정오에 하늘을 바라봤을 때의 햇빛은 지구에서 해가 지기 한 시간 전의 모습과 비슷할 것이라고 예측했다.

물론 이것은 이 행성이 생명체가 있기에 불리하지도, 유리하지도 않음을 의미한다.

(참고 : 케플러 186f(Kepler-186f)의 발견에 대한 상세내용 )

 

케플러 186f 이전까지 지구와 가장 유사한 행성으로 손꼽히던 외계행성은 케플러 62f였다.

이번에 발견된 케플러 452b와 마찬가지로 케플러 62f 역시 지구 대비 40퍼센트 더 큰 크기를 가지고 있다.

이 행성 역시 케플러 186f와 마찬가지로 태양보다 덜 뜨겁고 크기도 작은 별 주위를 267일 주기로 공전하고 있었다.

이 행성은 거문고자리 방향으로 지구로부터 1200광년 거리에 위치하고 있다.

 

케플러 62f의 발견은 2013년 4월 보고되었다.

그리고 이와 비슷한 시기에 또 하나의 슈퍼지구인 케플러 69c가 발견되었는데 케플러 69c는 지구보다 70퍼센트 더 큰 크기를 가지고 있었다.

 

그러나 이것은 그닥 좋은 뉴스는 아니었다.
천문학자들은 이 행성의 조성에 대해서는 전혀 알 수가 없었고,  '슈퍼지구'라고 하면 생명체의 발견 가능성은 완전히 배제하고 그저 크기가 큰것만을 말하는 것에 지나지 않았다.

이는 또한 지구의 쌍동이 행성일 가능성이 있는 행성 범위에서 다른 경쟁자들보다 더 멀리 떨어지는 수치였다.

좋은 뉴스라면 케플러 69c가 생명가능구간에서 242일을 주기로 돌고 있다는 것이었으며 이로부터 불에 바짝 그을려진 우리의 자매 행성이 금성을 연상시킨다는 점이었다.

 

이 행성의 별은 태양과 크기가 거의 동일했으며 그 밝기는 태양대비 80퍼센트 수준이었다.

이 행성계는 백조자리 방향으로 2700광년 거리에 위치하고 있다.

(참고 : 케플러 62f(Kepler-62f) 및 케플러 62c(Kepler-62c)의 발견에 대한 상세내용 - 각 링크 참고)

 

케플러 22b 역시 당대에는 지구와 가장 유사한 행성으로 간주되던 외계행성이었다.

이 행성은 케플러 미션의 데이터에서 첫번째로 발견된 생명가능구간의 행성이었으며 우리 태양과 같은 별 주위를 공전하는 행성이었다.

 

그러나 케플러 22b는 지구크기 대비 2.4배의 크기로서 슈퍼지구급의 행성으로서는 우량아에 해당하는 크기였다.

또한 아무도 이 행성이 암석질일지, 가스상일지 아니면 액체상 행성일지 확신할 수 없는 상태이다.

 

이 행성은 2009년 케플러 미션이 시작되자마자 발견되었으며 외계행성으로는 2011년에 확정되었다.

구름이 가득낀 대기를 가지고 있을것으로 추정되는 이 행성은 600광년 거리에 위치하고 있으며 290일을 주기로 자신의 별을 돌고 있다.

 

우리 지구와 같은 행성을 발견하는데 케플러우주망원경만이 활용된 것은 아니다.

 

글리제 667Cc( Gliese 667Cc ) 라는 이름의 슈퍼지구 행성은 2011년 유럽남반구천문대의 3.6미터 망원경의 관측데이터를 이용하여 발견되었다.

이 행성은 고작 22광년밖에 떨어져 있지 않으며 그 질량은 최소한 지구의 4.5배이다.

 

이 행성은 붉은색 난쟁이별인 자신의 별 주위에서 생명가능구간을 돌고 있긴 했지만 그 거리가 너무 가까워서 공전주기는 28일밖에 되지 않았으며 따라서 자신의 별에서 주기적으로 발생하는 강력한 플레어의 영향을 받고 있을 것으로 생각되는 행성이다. 

이 행성의 별은 여전히 태양보다도 작고 차가운 상태이며 글리제 667Cc의 공전궤도를 고려해봤을 때, 이 행성은 지구가 태양으로부터 얻는 에너지의 90퍼센트 수준의 에너지를 자신의 별로부터 받고 있을 것으로 추측되었다.

만약 이 행성의 대기가 우리와 비슷하다면 이는 이곳에 생명체가 있을 가능성을 시사하는 것이다.

이 행성의 실제 크기와 밀도는 여전히 미지의 영역으로 남아 있어 이 행성은 우리가 아는한 생명체에 그닥 호의적이라 할 수 없는 가스상 행성으로 판명될 가능성도 여전히 남아 있다.

또한 이곳에 흐르고 있는 강력한 자기장은 행성에 닿는 에너지의 양을 주기적으로 상당량 떨어뜨릴 수 있다는 가능성을 보여주고 있는데 감소되는 에너지의 폭은 무려 40%에 달하는 수치였다.

노르웨이 오슬로 이론천체물리학 연구소의 과학자들에 따르며 이러한 수급 에너지의 추락은 수개월동안 지속될 수 있다고 한다.

 

 

출처 : NASA - Kepler Mission News Release 2015년 7월 24일자
        http://www.nasa.gov/jpl/finding-another-earth

 

참고 : 케플러 미션을 비롯한 외계행성에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다. 
        https://big-crunch.tistory.com/12346973

 

원문>

Finding Another Earth

The discovery of a super-Earth-sized planet orbiting a sun-like star brings us closer than ever to finding a twin of our own watery world. But NASA’s Kepler space telescope has captured evidence of other potentially habitable planets amid the sea of stars in the Milky Way galaxy.

 

To take a brief tour of the more prominent contenders, it helps to zero in on the “habitable zone” around their stars. This is the band of congenial temperatures for planetary orbits -- not too close and not too far. Too close and the planet is fried (we’re looking at you, Venus). Too far and it’s in deep freeze. But settle comfortably into the habitable zone, and your planet could have liquid water on its surface -- just right. Goldilocks has never been more relevant. Scientists have, in fact, taken to calling this water-friendly region the “Goldilocks zone.”

 

The zone can be a wide band or a narrow one, and nearer the star or farther, depending on the star’s size and energy output. For small, red-dwarf stars, habitable zone planets might gather close, like marshmallow-roasting campers around the fire. For gigantic, hot stars, the band must retreat to a safer distance.

 

About a dozen habitable zone planets in the Earth-size ballpark have been discovered so far -- that is, 10 to 15 planets between one-half and twice the diameter of Earth, depending on how the habitable zone is defined and allowing for uncertainties about some of the planetary sizes.

 

The new discovery, Kepler-452b, fires the planet hunter’s imagination because it is the most similar to the Earth-sun system found yet: a planet at the right temperature within the habitable zone, and only about one-and-a-half times the diameter of Earth, circling a star very much like our own sun. The planet also has a good chance of being rocky, like Earth, its discoverers say.

 

Kepler-452b is more similar to Earth than any system previously discovered. And the timing is especially fitting: 2015 marks the 20^th anniversary of the first exoplanet confirmed to be in orbit around a typical star.

 

But several other exoplanet discoveries came nearly as close in their similarity to Earth.

 

Before this, the planet Kepler-186f held the “most similar” distinction (they get the common moniker, “Kepler,” because they were discovered with the Kepler space telescope). About 500 light-years from Earth, Kepler-186f is no more than 10 percent larger than Earth, and sails through its star’s habitable zone, making its surface potentially watery.

 

But its 130-day orbit carries it around a red-dwarf star that is much cooler than our sun and only half its size. Thus, the planet is really more like an “Earth cousin,” says Thomas Barclay of the Bay Area Environmental Research Institute at NASA’s Ames Research Center, Moffett Field, California, a co-author of the paper announcing the discovery in April 2014.

 

Kepler-186f gets about one-third the energy from its star that Earth gets from our sun. And that puts it just at the outside edge of the habitable zone. Scientists say that if you were standing on the planet at noon, the light would look about as bright as it does on Earth an hour before sunset.

 

That doesn’t mean the planet is bereft of life, although it doesn’t mean life exists there, either.

 

Before Kepler-186f, Kepler-62f was the exoplanet known to be most similar to Earth. Like the new discovery, Kepler-62f is a “super Earth,” about 40 percent larger than our home planet. But, like Kepler-186f, its 267-day orbit also carries it around a star that is cooler and smaller than the sun, some 1,200 light-years away in the constellation Lyra. Still, Kepler-62f does reside in the habitable zone.

 

Kepler-62f’s discovery was announced in April 2013, about the same time as Kepler-69c, another super Earth -- though one that is 70 percent larger than our home planet. That’s the bad news; astronomers are uncertain about the planet’s composition, or just when a “super Earth” becomes so large that it diminishes the chance of finding life on its surface. That also moves it farther than its competitors from the realm of a potential Earth twin. The good news is that Kepler-69c lies in its sun’s habitable zone, with a 242-day orbit reminiscent of our charbroiled sister planet, Venus. Its star is also similar to ours in size with about 80 percent of the sun’s luminosity. Its planetary system is about 2,700 light-years away in the constellation Cygnus.

 

Kepler-22b also was hailed in its day as the most like Earth. It was the first of the Kepler planets to be found within the habitable zone, and it orbits a star much like our sun. But Kepler-22b is a sumo wrestler among super Earths, about 2.4 times Earth’s size. And no one knows if it is rocky, gaseous or liquid. The planet was detected almost immediately after Kepler began making observations in 2009, and was confirmed in 2011. This planet, which could have a cloudy atmosphere, is 600 light-years away, with a 290-day orbit not unlike Earth’s.

 

Not all the planets jostling to be most like Earth were discovered using Kepler. A super Earth known as Gliese 667Cc also came to light in 2011, discovered by astronomers combing through data from the European Southern Observatory’s 3.6-meter telescope in Chile. The planet, only 22 light-years away, has a mass at least 4.5 times that of Earth. It orbits a red dwarf in the habitable zone, though closely enough -- with a mere 28-day orbit -- to make the planet subject to intense flares that could erupt periodically from the star’s surface. Still, its sun is smaller and cooler than ours, and Gliese 667Cc’s orbital distance means it probably receives around 90 percent of the energy we get from the sun. That’s a point in favor of life, if the planet’s atmosphere is something like ours. The planet’s true size and density remain unknown, however, which means it could still turn out to be a gas planet, hostile to life as we know it. And powerful magnetic fluxes also could mean periodic drop-offs in the amount of energy reaching the planet, by as much as 40 percent. These drop-offs could last for months, according to scientists at the University of Oslo’s Institute of Theoretical Astrophysics in Norway.

 

Deduct two points.

 

Too big, too uncertain, or circling the wrong kind of star: Shuffle through the catalog of habitable zone planets, and the closest we can come to Earth -- at least so far -- appears to be the new kid on the interstellar block, Kepler-452b.

 

NASA's Ames Research Center in Moffett Field, California, manages the Kepler and K2 missions for NASA's Science Mission Directorate. NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, California, managed Kepler mission development. Ball Aerospace & Technologies Corp. operates the flight system with support from the Laboratory for Atmospheric and Space Physics at the University of Colorado in Boulder.

 

JPL is managed by The California Institute of Technology for NASA.

 

More information about Kepler is online at:

 

http://www.nasa.gov/kepler

 

More information about NASA's planet-hunting efforts is online at:

 

http://planetquest.jpl.nasa.gov

A related news release about Kepler's latest planetary find is online at: http://www.nasa.gov/press-release/nasa-kepler-mission-discovers-bigger-older-cousin-to-earth

 

Written by Pat Brennan, PlanetQuest

 

Whitney Clavin
Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif.
818-354-4673
whitney.clavin@jpl.nasa.gov

2015-244

Last Updated: July 29, 2015

Editor: Tony Greicius