'지구형 행성' 찾을 날 머지 않았다…행성발견 기하급수

최근 태양계 밖의 외계 행성이 무더기로 발견돼 그 수가 모두 50개에 육박하면서 지구와 같이 생명체가 살 수 있는 행성의 존재 가능성에 대한 기대가 높아지고 있다.

지난 7일부터 18일까지 영국 맨체스터에서 열리고 있는 제 24차 국제천문연맹(IAU) 총회에서는 잇따르는 외계 행성의 발견이 가장 큰 관심거리가 됐다. 태양계 바깥에서 행성을 발견한 팀은 3개. 스위스 제네바천문대 관측팀과 미국 캘리포니아(버클리)대학 관측팀이 각각 6개와 3개의 행성을 발견했고, 미국 텍사스대학 맥도널드 천문대 팀이 지구에서 가까운 엡실론별에서 행성을 찾아냈다고 보고했다.

이로써 95년 제네바천문대 관측팀이 페가수스자리의 ‘51 Peg’ 별 주위에서 처음 외계 행성을 발견한지 5년 만에 발견된 행성의 숫자는 49개로 늘어났다. 망원경과 분광기의 성능 향상으로 발견되는 외계 행성의 숫자가 기하급수적으로 늘고 있고, 예전에는 찾을 수 없었던 작은 행성들이 발견되고 있어 이런 추세라면 2010년 께에는 지구 크기의 행성도 발견할 수 있을 것으로 전문가들은 내다보고 있다.

이번에 텍사스 대학 팀이 지구에서 불과 10.5광년 떨어진 에리다누스 자리 엡실론별에서 발견한 행성은 공전주기나 질량 등이 목성과 비슷해 과학자들의 주목을 받고 있다. 벌써부터 이곳에 생물이 존재할 가능성이 있다거나 100∼200년 내에 우주 여행의 첫 번째 대상이 될 것이라는 전망이 나오고 있다. 엡실론별은 지난 수십년 동안 외계문명의 전파신호를 들으려는 천문학자들의 1순위 목표가 돼 왔다.

현재 천문학자들이 주목하고 있는 것은 태양계처럼 2개 이상의 행성을 가진 다행성계이다. 다행성계는 지난 99년 캘리포니아(버클리)대학 관측팀이 44광년 떨어진 안드로메다자리 윕실론별 주위에서 3개의 행성을 처음 발견했고, 올해 제네바천문대 팀이 141광년 떨어진 HD 83443 주위에서 두 개의 행성을 또 다시 찾아냈다. 다행성계가 우주에 보편적으로 존재한다는 얘기이다.

제네바천문대팀이 올해 발견한 다행성계의 행성 2개는 공전주기가 각각 3일과 30일로 매우 짧을 뿐 아니라 다른 행성들에 비해 크기가 작아 천문학자들도 의외로 생각하고 있다. 지금까지 발견된 행성들은 거의 대부분 목성보다 훨씬 큰 것들이었는데 반해 이들은 각각 목성의 3분의 1인 토성 정도이거나 토성의 절반에 해당하는 크기를 가졌다. 결국 지구처럼 작은 행성도 존재한다는 사실이 밝혀진 것이다. 이는 생명체가 존재할 수 있는 지구형 행성을 찾으려는 천문학자들에겐 중요한 의미가 있다. 목성보다 큰 행성은 두꺼운 가스층으로 이루어져 있고 표면온도가 매우 높아 생명체가 존재하기 힘들기 때문이다.

그러나 작은 행성을 발견하기란 쉬운 일이 아니다. 행성은 밝기가 태양의 약 10억분의 1정도로 매우 어두워 망원경으로 직접 찾아내기 힘들다. 이 때문에 천문학자들은 행성이 공전하면서 지구로부터 멀어지거나 가까워질 때 빛의 스펙트럼이 달라지는 점을 이용하는 ‘시선속도 관측’이라는 간접적인 방법을 이용한다. 그러나 이 방법으로도 하나의 별을 몇 년씩 추적하고 관측해야 행성을 찾아낼 수 있다.

이 때문에 지난해 재미 한국 여성천문학자인 이선홍 박사가 ‘미세 중력렌즈’라는 방법을 이용해 쌍성 주위를 도는 행성을 발견해 화제가 된 적이 있다. 쌍성 주위의 행성을 발견한 것도 처음이었지만 행성의 크기에 관계없이 작은 행성까지 탐사할 수 있는 ‘미세 중력렌즈’방법을 이용했기 때문이었다. 이 박사의 연구결과는 작년 미국 항공우주국(NASA)이 선정한 10대 과학성과에 꼽힌 바 있다.

앞으로 외계 행성 탐사 작업은 보다 체계적이고 직접적인 방법을 통해 목성보다 작은 행성을 발견하려는 방향으로 추진될 전망이다. 지금까지 주로 사용된 구경 2∼4m급보다 우수한 성능의 8m급 이상의 망원경을 사용하고, 적외선 망원경으로 행성을 직접 촬영하는 방법도 시도될 것이다. 그러나 이 방법은 현재의 허블 망원경에서는 불가능하고 차세대 우주망원경(NGST)을 이용해야 한다.

우리나라에서도 98년 이우백 한국천문연구원 원장을 중심으로 행성에 의한 별의 식(蝕)을 관측하는 측광학적 방법으로 외계 행성을 탐색하는 국제 연구프로젝트에 참여했지만 우리가 보유한 구경 1.8m의 보현산 망원경으로는 관측이 어려워 결국 행성 탐사에 실패했다.

이 프로젝트에 참여했던 한국천문연구원 성언창 박사는 “외계 행성 탐사는 장비와 시설의 확보 못지 않게 천문학자들의 열정과 국민적 관심이 필요한 사업”이라고 강조한다. 몇 년 동안 관측해도 행성 발견에 성공할 확률이 그리 높지 않아 연구자의 인내심과 함께 지원의 지속성이 요구되기 때문이라는 것이다.

<신동민과학동아기자>hisdm@donga.com