외계행성계와 외계 생명체탐사_외계행성계 탐사

1.외계 행성계 탐사

(1) 중심별의 시선 속도 변화를 이용하는 방법

① 별과 행성이 공통 질량 중심을 중심으로 공전함에 따라 별의 시선 속도가 변하면서 도플러 효과에 의한 별빛의 파장 변화가 생긴다. 따라서 스펙트럼을 분석하면 행성의 존재를 확인할 수있다.

 

② 행성이 질량이 클수록 별빛의 도플러 효과가 커서 행성의 존재를 확인할기 쉽다.

 

③ 행성의 공전 궤도면이 관측자의 시선 방향과 수직에 가까운 경우에는 중심별의 시선 속도 변화가 거의 나타나지 않으므로 행성의 존재를 확인하기 어렵다.

지구와의 거리 변화		중심별의 시선 속도 변화	중심별의 스펙트럼 변화
중심별	행성
가까워짐	멀어짐	(－)	청색 편이
멀어짐	가까워짐	(＋)	적색 편이

 

(2) 식 현상을 이용하는 방법

① 중심별 주위를 공전하는 행성이 중심별의 앞면을 지난 때 중심별의 일부가 가려지는 식 현상이 나타난다. 식 현상에 의한 중심별의 밝기 변화를 관측하여 행성의 존재를 확인할 수 있다.

 

② 행성의 반지름이 클수록 중심별이 행성에 의해 가려지는 면적이 커서 중심별의 밝기 변화가 크므로 행성의 존재를 확인하기 쉽다.

 

③ 행성의 공전 궤도면이 관측자의 시선 방향과 거의 나란할 때 식 현상이 일어날 수 있다.

 

 

(3) 미세 중력 렌즈 현상을 이용하는 방법

① 거리가 다른 두 개의 별이 같은 방향에 있을 경우 뒤쪽 별의 별빛 앞쪽 별의 중력에 의해 미세하게 굴절되어 휘어지면서 뒤쪽 별의 밝기가 변하는데, 이를 미세 중력 렌즈 현상이라고 한다. 이때 앞쪽 별이 행성을 가지고 있으면 행성에 의한 미세 중력 렌즈 현상으로 뒤쪽 별의 밝기가 추가적으로 변하는데, 이를 이용하여 앞쪽 별의 행성의 존재를 확인할 수있다.

 

② 행성의 공전 궤도면이 관측자의 시선 방향과 수직일 때에도 행성에 의한 미세 중력 렌즈 현장이 나타나므로 행성의 존재를 확인할 수 있으며, 지구와 같이 질량이 작은 행성을 찾는 데 상대적으로 유리하다. 미세 중력 렌즈 현상은 드물게 발생하며 주기적인 관측이 불가능하다.

 

※ 외계 행성계 탐사

외계 행성은 직접 관측이 어렵기 때문에 주로 간접적인 방법을 통해 탐사한다. 지금까지 외계 행성을 발견하는 데 가장 많이 이용된 방법은 식 현상을 이용한 방법과 중심별의 시선 속도 변화를 이용한 방법이다.

 

※ 도플러 효과

관측자와 광원의 상대적인 운동에 따라 빛의 파장이 달라지는 효과를 말한다. 관측자와 광원 사이의 거리가 상대적으로 가까워지면 빛의 파장이 고유 파장보다 짧게 관측되고, 멀어지면 빛의 파장이 고유 파장보다 길게 관착된다.

 

(4) 직접 관측하는 방법

① 외계 행성계를 직접 관측할 때는 행성의 발기가 중심별에 비해 매우 어두우므로 중심별을 가리고 행성을 직접 촬영하여 존재를 확인할 수 있다.

▶ 행성이 방출하는 에너지는 대부분 적외선 영역이므로 행성을 촬영할 때 주로 적외선 영역에서 촬영한다.

 

② 지구에서 외계 행성계까지의 거리가 가까울수록, 행성의 반지름이 클수록, 생성의 표면 온도가 높을수록 관측되는 적외선의 양이 많으므로 직접 촬영하여 행성의 존재를 확인하기 쉽다.

 

③ 행성을 촬영할 때 분광 관측으로 행성의 대기 성분을 알아낼 수 있다.

 

(5) 여러 외계 행성계 탐사 방법으로 발견한 생성들의 특징

• 현재까지 외계 행성은 3000개 이상 관측되었다.
• 중심별의 시선 속도 변화 이용 : 대부분 질량이 크다.
• 식 현상 이용 : 대부분 공전 궤도 반지름이 작다.
• 미세 중력 렌즈 현상 이용 : 대부분 공전 궤도 반지름이 크다.
• 지금까지 발견된 외계 행성은 대부분 목성과 같이 질량이 큰 기체형 행성이었지만 최근에는 외계 생명체가 존쟇라 가능성이 높은 지구형 생성을 중심으로 탐사하고 있다.

※ 외계 행성 탐사 방법

행성의 공전 궤도면이 관측자의 시선 방향과 나란한 경우에는 도플러 효과, 식 현상, 미세 중력 렌즈 현상 모두를 이용하여 외계 행성의 존재를 확인할 수 있다.

 

※ 지구와 비슷한 외계 행성 탐사

지금까지 발견된 외계 행성은 대부분 목성형 행성으로 생명체가 살기에 부적합하기 때문에 최근에는 주로 지구형 행성을 탐사하고 있다.