외계행성 슈퍼 어스

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외계행성 슈퍼 어스 연구

외계행성 관측을 처음 시작했던 90년대 후반에는 핫 주피터라고 불리는 크기가 큰 외계행성들만 관측할 수 있었다. 하지만 과학 기술은 계속해서 발달했고 결국 2005년에는 이전까지 발견됐던 행성들보다 더 작고 가벼운, 거대한 지구라고 불리는 슈퍼 어스를 발견하게 되었다.

2005년 발견된 첫 번째 슈퍼 어스는 지구와는 약 15광년 떨어져 있는 암석 행성, '글리제 876d(Gliese 876d 혹은 GJ 876d)'였다. 글리제 876d 행성의 질량은 지구의 대략 5.9배로, 지구보다는 무게가 더 나가지만 천왕성, 해왕성보다는 가벼웠는데, 슈퍼 어스에 대한 정확한 기준은 아직 정해지지 않았지만 이렇게 지구보다는 크고 천왕성, 해왕성보다는 가벼운 질량을 가진 암석으로 이루어진 외계행성들을 글리제 876d의 발견 이후로는 모두 슈퍼 어스(super-earth)로 분류하고 있다.

최초로 발견된 슈퍼 어스가 글리제 876d라면 최초로 질량뿐만 아니라 크기까지 모두 정확하게 측정된 슈퍼 어스는 바로 우리 지구와 520광년 떨어진 곳에 위치해 있는 외계행성 '코로-7b(CoRoT-7b)'이다. 코로-7b는 핵과 핵을 둘러싸고 있는 맨틀로 구성된 암석 행성으로 지구와도 매우 흡사한 행성인데, 단 한 가지 다른 점이 있다면 코로-7b 행성은 모항성과 매우 가까이에 붙어 공전하기 때문에 표면이 용암으로 뒤덮여 표면 온도가 약 2,000도에 달한다고 한다.

그리고 두 번째로 질량과 크기가 모두 측정된 슈퍼 어스는 '글리제 1214b(Gliese 1214b 혹은 GJ 1214b)'이다. 글리제 1214b는 지구와는 42광년 떨어져 있으며, 부피는 지구의 20 배지만 그에 반해 질량은 겨우 6.6배에 불과한 암석 행성이라고도, 얼음 행성이라고도, 또 가스 행성이라고도 하기 애매한 예상 밖의 행성이다. 참고로 학자들은 현재 글리제 1214b가 초임계 유체라고 불리는 뜨거운 얼음인 액체와 기체의 중간 상태의 바다로 표면이 뒤덮인 바다 행성일 것이라고 예상하고 있다.

그렇다면 슈퍼 어스들은 어떻게 탄생하게 된 것일까. 처음 원시행성이 만들어질 때, 질량이 지구의 10배에 달하는 거대한 크기의 원시행성이 탄생하게 되면 행성은 순식간에 주변의 가스들을 빨아들여 어느새 지구 질량의 100배가 넘어가는 가스 행성이 돼버린다. 그리고 반면에 지구 질량의 10배에 못 미치는 질량을 가진 원시행성들은 모두 주변의 가스들을 빨아들이지 못하고 암석 또는 얼음으로 이루어진 고체 행성이 되게 된다. 즉 외계행성들은 원시행성의 질량에 따라 핫 주피터가 될지, 슈퍼 어스가 될지가 정해지는 것이다.

우리 태양계에는 지구를 제외하고는 슈퍼 어스처럼 중간의 질량을 가진 고체 행성이 없다. 때문에 태양계 밖에 있긴 할지라도 중간 질량을 가지고 있는 슈퍼 어스 행성들은 우주 연구에서 매우 중요한 역할을 하고 있는데, 이런 중간 질량의 행성들은 사실 태양계에만 없을 뿐 태양계 밖 우주에서는 굉장히 흔하게 볼 수 있다고 한다.

실제로 HARPS라고 부르는 고정밀 시선속도 관측 장비를 통해 조사해 본 결과, 슈퍼 어스의 수는 핫 주피터의 수보다 7배 이상 많았다. 그리고 이처럼 암석 행성을 취급할 때는 슈퍼 어스를 쓴다면 얼음 행성을 취급할 때는 작은 천왕성이라는 뜻의 미니 넵튠(mini-Neptune 혹은 sub-Neptune)을 쓰는데, 두 종류의 행성들은 질량이 매우 비슷한 데다 또 외계행성의 구성 물질을 알아내란 결코 쉽지 않기 때문에 우주에는 슈퍼 어스인지, 미니 넵튠인지 아직 알아내지 못한 연구 과제들이 매우 많이 남아있다.