외계 생명의 다양성 홍 승수

서울대 물리천문학부 명예교수

http://en.wikipedia.org/wiki/Nicolaus_Copernicus#Biography

Nicolaus Copernicus (1473-1543)

III. 외계 행성의 다양성

1. 외계 행성 발견사

2. 행성 검출을 위한 FGKM 형 별 서베이 1) Lick, Keck, AAT 도플러 분광 서베이2) 외계 행성의 물리적 성질 통계 3) 외계 행성계의 특성

3. 태양 행성계와 외계 행성계의 비교1) 중심 별의 흔들림2) 흔들린 각 거리와 흔들림 속도3) 시선속도 관측 자료 분석

4. 태양 행성계의 특이성

5. 나오면서

1. 외계 행성 발견사

Lick, Keck, AAT 의 도플러 분광 모니터링10pc 이내에 있는 FGKM 형의 별 1330 개를 18 년 동안 분광관측 속도 분해능 3m/s 유지 ; P2 a3 18 년 ~ 6.87AU

총 152 개의 행성 체를 131 개의 별 주위에서 확인모두 17 개의 별 주위에서 행성계의 존재를 확인 114 x 1= 114; 14 x 2= 28; 2 x 3= 6; 1 x 4= 4

2. 행성 검출을 위한 FGKM 형 별 서베이

1) Lick, Keck, AAT 도플러 분광 모니터링

행성에 의한 중심별의 엄폐 현상을 관측으로 7 개의 행성 발견 순수 엄폐 측광 5 개 + 도플러 분광 도움 2 개 속도 곡선 M ; 밝기의 상대 감소 Rpl/ Rstar

항성 모형 Rstar Rpl 평균 밀도

= 0.2 ~ 1.4 g/cm3 액체 수소의 핵을 갖는 기체 행성 행성 대기의 스펙트럼에서 Na, H, H2O, CH4 검출

행성의 질량 분포

dN ∝M-1.05 dM

6M < M sin i < ~15MJ , 에 주로 분포하며 , 이보다 중량급의 행성은 거의 없다 .

질량이 M sin i 12MJ 인 행성의 부재를 보고 갈색 왜성의 사막 현상이라 부른다 .

그러므로 행성과 갈색 왜성은 유전적으로 두 가지 서로 다른 부류의 천체이다 .

2) 외계 행성의 물리적 성질 통계

궤도 장반경 분포

관측된 궤도 장반경 a 는 0.02AU < a < 6.0AU 의 범위에 분포한다 .

16 개의 행성이 a < 0.1AU 인 “ Hot Jupiter”; 16/1330 = 1.2±0.3%

전반적 분포 양상 : 0.3 ~ 3AU 점진적 증가 & 5 ~ 20 AU 평탄 분포

⇒ FGK 의 12% 가 토성보다 큰 거대 행성을 적어도 하나 이상 거느린다 .

미행성의 충돌 병합을 통한 행성의 성장 이론 지지 .

중심별의 금속 함량과 행성 발견 확률의 관계

(planet) ≈ 3x10-2 ［ (Fe/H) / (Fe/H)⊙ ］ 2

이심률 e 분포 범위 0.02 ~ 1.0; 근일점 거리 a(1-e) < 0.1AU 인 경우에는 중심 별에 의한 강한 조석력이 타원형 궤도를 원으로 변형시켰을 것이다 : 조석 원형화외계 행성들의 궤도가 매우 찌그러진 타원이므로 태양계의 상황과 판이하다 :

계의 안정성 문제 .

궤도 이심률과 장반경

내 행성계에 목성형의 거대 행성이 많지 않다 : 이는 관측의 선택 효과와 무관하다 .

태양계에서의 상황과 달리 , 외계 행성들의 질량과 중심 거리 사이에서 뚜렷한 상관 관계를 찾아보기 어렵다 .

질량과 장반경

행성들이 평균 운동 공명궤도에 자리하므로 궤도 이주가 있었음을 알 수 있다 .

3) 외계 행성계의 특성

해왕성 규모의 행성과 초대형의 지구

21M , 15M , 18M , P = 2.5 ~ 10 days ; M sin i = 6 M , P = 1.94 days

얼음형 거대 행성과 지구형 고체 행성의 중간

직접 촬영으로 발견한 최초의 행성 2M1207

촬영 장비 : VLT/ NACO + HST/ NICMOS

질량 2 ~ 5 MJ 궤도 장반경 54AU 중심별 나이 8 Myr

토성 규모의 행성 HD149026b

평균밀도 = 1.4 g/cm3 ; M 1.3 MSaturn 70 M 의 암석 성분 중심 핵

“ 고체 핵 + 기체 집적” 모형 지지

뜨거운 목성의 출현 “ Hot Jupiter Problem”

궤도 이주의 가능성 시사

3. 태양 행성계와 외계 행성계의 비교외계 행성의 몇 가지 하이라이트

Hot Jupiters

뜨거운 목성들

4. 태양 행성계의 특이성

1330 개의 태양형 별을 18 년 동안 지속적으로 관측한 중간 결과로 131개의 별 주위에서 152 개의 행성을 간접 발견했는데 , 131 개 중 17 개에서 행성계가 확인됐다 .

대부분 목성보다 무거운 거대 기체 행성으로서 , 개중에는 중심 별에 매우 가까이 접근하는 것들도 있다 : Hot Jupiter.

질량 , 이심률 , 장반경 등의 분포에서 태양계는 특이한 존재 : 코페르니쿠스적 발상의 고민 !

지구형 행성야 10~20 년 안에 발견되겠지만 , 우리가 브르노의 운명을 비켜가려면 뜨거운 목성 , 타원 궤도의 안정성 , 거대 기체 행성의 존재가 제기한 문제부터 해결해야 한다 .

코페르니쿠스 혁명의 완성을 향한 행진에 다양성의 지평이 확보돼야 한다 .

다양성의 지평을 열라 !

Giordano Bruno (1548-1600)

기본 법칙의 범 우주적 보편성에 입각해 생각할 때 적정 환경의 지구형 행성을 발견한다면 거기에서도 생명이 싹틀 수 있을 것이다 . 이러한 생각에서‘ 태양 행성계 의 기원과 그 형성 과정의 얼개를 먼저 밝혀둘 ’ 필요가 있어서 ,

조사해본 결과 우리는 ,

‘ 태양계 바깥세상에도 행성계가 존재하겠다’ 는 결론에 이르렀다 . 따라서 외계 행성 체들의 검출부터 서둘러 수행했더니 지구형 행성의 발견은커녕 우리 태양계가 아주 ‘괴짜’라는 사실이 판명됐다 . 그렇다면 우리는 코페르니쿠스적 발상을 버려야만 하는가 ?

보편성에 근거한 우리의 시도가 코페르니쿠스적 발상에 흠을 남기지 않으려면 , 다양성의 지평을 열어야 할 필요를 절감한다 . 태양계의 특이성은 다양성 안에서 하나의 개별성으로 해석될 수 있으니 말이다 .

외계 행성의 검출과 관련된 ‘사실에서 진실 찾기’를 다시 돌아본다면 , …

5. 나오면서

시간이 부족해서 준비해 간 이 강의를 다 할 수 없었다 . 하지만 휴식 시간과 강의가 전부 끝난 다음에도 학생들이 남아서 내게 많은 질문들을 해 댔다 . 그래서 강의가 실질적으로 전부 끝난 시간이 오후 6 시 30 분 경이었다 . 이 상황은 작년과 크게 다르지 않다 . 거의 네 시간을 내내 서 있었기 때문에 강의를 끝낸 후에 많이 피곤했다 . 내게는 10 분 휴식 시간 조차 내 것이 아니었다 .

강의 중에 아주 편안한 자세로 수면을 취하는 학생들 일부는 내가 일부러 깨워서 밖으로 나가 세수를 하고 돌아오게 했다 . 작년에는 그냥 내버려 뒀었다 . 이런 식의 교육에서 많은 것을 건져가는 학생이 있는가 하면 , 소득이 전혀 없는 학생들도 있다 . 숙제를 정성껏 해온 학생들이 참 귀엽게 보였다 . 제공한 논지에도 학생다운 풋풋함이 있었다 .

아주 긴장된 얼굴로 내게 와서 , ‘ 교수님 , 정말 하고 싶은 것을 해도 되나요 ?’ 라 묻는 학생이 있었다 . 그 학생이 내 강의를 듣고 자신의 생각을 어떻게 가꾸어나갈지 무척 궁금하다 . 정말 하고 싶은 일을 위해서 달려드는 학생이 한두 명만 나와도 좋을 터인데 , …

무슨 일이든 평가의 잣대가 마련되면 사람들은 잣대 그 자체에 매달리게 되는 모양이다 . 시쳇말로 ‘스펙 쌓기’에만 급급하지 과학 그 자체에는 크게 흥미가 없는 듯해서 강의 시간 내내 마음이 편하지는 않았다 . 이 딜레마는 누가 해결해 줄 수 있을까 , …

관허재에서 홍 승수 10-05-02.