외계 행성계 탐사 방법

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외계 행성계 탐사

 

 

 

태양계 밖에 존재하며 별 주위를 행성이 공전하는 행성계를 외계 행성계라고 합니다. 그런데 행성은 별의 밝기에 비해 매우 어둡기 때문에 외계 행성을 직접 관측하는 것은 매우 어렵습니다. 그래서 대부분의 외계 행성계 탐사는 간접적인 방법으로 이루어집니다. 외계 행성계를 찾아내는 방법을 여러 가지 있습니다.

 

 

 

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-중심별의 시선 속도 변화를 이용하는 방법

두 천체가 중력으로 묶여 있으면 이들은 공통 질량 중심 주위를 회전 운동합니다. 별 주위에 행성이 돌고 있는 경우에는 행성의 질량이 상대적으로 작아서 별의 위치 변화는 행성만큼 크지 않습니다. 하지만 지구에 있는 관측자의 시선 방향으로 별의 속도가 주기적으로 변하여 도플러 효과를 일으키므로, 별빛의 스펙트럼을 분석하면 행성의 존재를 알 수 있습니다.

 

 

여기서 도플러 효과는 파동의 발생원이 관측자에게 가까워지거나 멀어질 때 파장이 짧아지거나 길어지는 현상을 말합니다. 별이 가까워지면 별빛은 청색 편이가 일어나고, 별이 멀어지면 별빛은 적색 편이가 일어납니다.

 

 

도플러 효과는 행성의 중력에 따른 중심별의 움직임에 의존합니다. 따라서 질량이 작은 행성보다는 질량이 큰 행성일 때 도플러 효과가 크게 나타나 행성을 발견하기 쉽습니다.

 

 

중심별의 시선 속도 변화를 이용하는 방법이 적용된 초기에 발견된 외계 행성은 목성이나 토성 정도로 큰 행성에 한정되어 있었습니다. 그러나 관측 장비가 정밀해지면서 더 작은 행성이나 여러 개의 행성을 거느린 별들이 발견되었습니다.

 

 

 

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-식 현상을 이용하는 방법

별 주위를 공전하는 행성은 주기적으로 별의 앞을 횡단하게 되고, 그때마다 행성에 의한 식 현상이 일어나 별의 밝기가 조금 어두워집니다. 이렇게 중심별의 밝기가 주기적으로 변하는 현상을 이용하면 외계행성의 존재를 알 수 있습니다.

 

 

식 현상을 이용하는 방법은 외계 행성의 공전 궤도면이 지구 관측자의 시선 방향과 거의 나란한 경우에만 사용할 수 있습니다. 하지만 도플러 효과를 이용하는 방법과 함께 사용하면 행성의 질량을 정확히 구할 수 있고, 행성 대기를 통과하는 별빛을 분석하면 대기 성분도 알 수 있습니다.

 

 

 

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-미세 중력 렌즈 효과를 이용하는 방법

지구와 별 또는 은하 사이에 질량이 매우 큰 다른 천체가 있으면, 그 천체의 거대한 중력 때문에 별이나 은하에서 나오는 빛이 마치 렌즈 때문에 굴절된 것처럼 휘어진 채 지구에 도달하게 됩니다. 이러한 현상을 중력 렌즈 효과라고 합니다.

 

 

외계 행성계도 중력 렌즈 효과를 일으킬 수 있습니다. 지구와 별 사이에 다른 별이 있으면, 상대적으로 지구에 가까이 있는 별의 중력 때문에 멀리 있는 별의 빛이 굴절되어 밝아집니다. 이러한 현상을 미세 중력 렌즈 효과라고 합니다. 이때 가까이 있는 별이 행성을 거느리고 있으면 행성의 중력이 더해져 일시적으로 멀리서 오는 별빛이 좀 더 밝아지는데, 이를 통해 외계 행성의 존재 여부를 알 수 있습니다.

 

 

미세 중력 렌즈 효과는 지구 정도의 크기를 가진 행성을 찾는 데 이용할 수 있습니다. 하지만 드물게 일어나므로 항상 하늘을 관측해야 하고, 직접 외계 행성을 보는 것이 아니라 천문 현상으로 행성의 존재를 추측하는 간접적인 방법이라는 한계가 있습니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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