외계행성이란 무엇인가?
외계행성은 태양계 밖에 있는 별(항성) 주위를 도는 행성이다. 최초로 확인된 외계행성은 1992년에 보고된 처녀자리에 있는 펄사(pulsar) PSR B1257+12 주위를 공전하는 행성이다. 태양과 비슷한 별의 주위를 도는 외계행성으로서 최초로 확인된 것은 1995년에 보고된 51 Pegasi(페가수스자리 51번 별) 주위를 도는 행성이다. 이후 외계행성 탐색관측연구가 국제적으로 활발히 진행되어 2017년 중반까지 3,500개 이상의 외계행성이 공식(http://exoplanet.eu/, https://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu 등) 등록되었다.
수 천억 개의 행성들이 은하수의 광대한 소용돌이에 휘말려들 것 같다. 나선팔의 외로운 전초기지인 지구로부터 우리는 공허를 건너기 시작했다. 우리는 이미 먼 별을 도는 행성에서 나오는 빛을 희미하게 알아볼 수 있다. 우리는 그 희미한 빛의 흔적을 해부함으로써 그들의 대기를 몇 개 맛보기도 했다.
그러나 NASA의 엑소플라넷 프로그램의 궁극적인 목표는 틀림없는 현재의 삶의 흔적을 찾는 것이다. 그것이 얼마나 빨리 일어날 수 있는지는 알려지지 않은 두 가지에 달려있다: 은하의 생명체의 만연과 우리가 처음, 잠정적이고 탐구적인 단계를 밟을 때 얼마나 운이 좋은가.
나사의 케플러와 그 후기 화신인 K2나 곧 다가올 제임스 웨브 우주 망원경과 같은 우리의 초기 행성 발견 임무는 잠재적으로 거주할 수 있는 세계에 대한 맨 뼈의 증거를 제시할 수 있을 것이다. 아마도 K2의 더 가깝고 밝은 별들에 대한 조사는 다른 기구들이 바다, 푸른 하늘, 대륙을 드러낼 수 있을 정도로 가까이 있는 별의 거주 가능 지역에 있는 지구 크기의 행성을 가로질러 비틀거릴 것이다. 아니면 부분적으로 가스 거인과 슈퍼 어스를 조사하기 위해 고안된 제임스 웹은 우리 행성의 특대형을 발견할지도 모른다. 2020년대 중반에 발사 가능성이 있는 WFIRST 또는 광원 적외선 조사 망원경은 산소, 수증기 또는 다른 강력한 생명체의 징후를 감지하기 위해 먼 행성의 반사광에 0으로 들어갈 수 있다.
하지만 우리가 운이 따르지 않는 한, 생명의 흔적을 찾는 데는 수십 년이 걸릴 수 있다. 해변의 모래알처럼 별밭에 감춰진 또 하나의 청백색 대리석을 발견하려면 아마도 훨씬 더 큰 영상 망원경이 필요할 것이다. 2030년대나 2040년대에 보내질 차세대 행성 탐사기의 설계가 이미 진행 중이다.
한 줄기 빛 속의 외계 하늘
그리고 우리가 생명을 발견했을 때, 우리는 어떻게 알 수 있을까? 그 답은 무지개와 많은 관련이 있다. 아이작 뉴턴이 인식한 대로 프리즘(또는 태양을 등에 두고 보이는 안개의 커튼 사이로)을 통해 쏘는 하얀 빛은 그것이 무엇인지를 위해 노출된다: 보라색에서 붉은색까지 퍼져 있는 색깔의 띠는 "파장"으로 특징지어진다. 행성의 대기에 있는 화학물질과 기체는 스펙트럼이라고 불리는 이 띠의 특정 조각을 흡수할 수 있고, 좁은 검은 틈을 남길 수 있다.
별에 의해 촬영된 빛을 먼 행성의 대기를 통해 분석할 때, 즉 분광법으로 알려진 기술은 바코드처럼 보인다. 광 스펙트럼에서 누락된 조각들은 외계 대기 중에 어떤 성분이 존재하는지 알려준다.
검은 틈새의 한 패턴은 메탄과 산소를 나타낼 수 있다. 그런 것들을 함께 보는 것은 삶의 존재에 대한 강한 논쟁이 될 수 있다. 아니면 탄화수소의 연소를 보여주는 바코드를 읽을 수도 있다. 다시 말해 스모그다. 그들의 대화를 귀담아 듣지 않더라도 외계인들의 상당히 발전된 기술은 그 오염으로 우리에게 알려질 것이다.
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