이석원 기자
1990년대 중반부터 관측 기술 발달 에 의해 태양계 외 행성이 잇달아 발견되게 됐다. 그 중에서도 많이 발견된 게 핫 주피터라고 불리는 목성 정도 크기 가스 행성. 목성과의 큰 차이는 주성으로부터 상당히 가까운 위치에 있기 때문에 고온으로 되어 있다는 것이다.
하지만 핫 주피터 대부분은 주성에 가깝기 때문에 자전과 공전 주기가 동기화되는 조수 잠금 상태가 됐기 때문에 그늘에 대해서 잘 알지 못했다. MIT 연구그룹은 핫 주피터 다크 사이드가 어떻게 되고 있는지를 처음으로 자세하게 관측한 조사 결과를 발표했다.
연구에선 지구로부터 850광년 거리에 위치한 핫 주피터 WASP-121b에서 햇빛 쪽에서 그늘 쪽으로 급격한 온도 변화와 해당 온도가 고도에 의해 어떻게 변화하는지 맵핑, 대기 중 수증기 순환을 조사했다.
우리가 살고 있는 지구에선 지표에 있는 물이 증발해 대기로 확산되어 응집되어 구름이 되고 비가 되고 다시 지상에 떨어지는 사이클이 반복한다. 하지만 WASP-121b에선 근본적으로 기온이 너무 높기 때문에 순환도 격렬하게 되어 있다.
먼저 햇빛 부분에 존재하는 물 분자는 2,730도 가까운 표면온도에 의해 순간적으로 원자 수준까지 된다. 이 원자는 격렬한 대기 대류에의해 그늘진 쪽으로 날아간다. 이 행성 그늘 쪽은 1,530도 정도까지 내려간 표면 온도 속에서 다시 물 분자를 형성, 햇빛 쪽으로 날아간다는 것. 이동 속도는 1.1만km/h나 된다.
또 이 행성을 순환하는 건 물 뿐 아니라 밤쪽에는 해당 온도 저하로 철이나 커런덤 구름이 존재하는 걸 알게 됐다고 보고했다. 이 구름도 수증기와 같이 햇빛 쪽으로 유입되는 가스상이 되어 그늘 쪽으로 돌아간다. 연구팀에 따르면 어쩌면 이 과정 어딘가에선 커런덤 구름으로부터 보석 액체 비가 내리고 있을지도 모른다고 한다.
MIT는 이게 태양계 외 행성 대기를 자세하게 조사한 첫 연구라고 설명한다. 더구나 연구팀은 올 하반기에는 WASP-121b를 좀더 자세하게 조사하기 위해 제임스웹우주망원경 사용 시간 할당 예약이 끝났다고 한다. 이 관측에선 수증기 뿐 아니라 대기 중 존재하는 것으로 보이는 일산화탄소 순환도 맵핑하려 한다. 연구팀은 대기 중 탄소와 산소량을 조사해 이런 종류 행성이 어디에서 어떻게 형성되는지 조사하는 단서가 된다고 한다. 그리고 태양계 외 행성 대기외기상을 자세하게 조사하는 건 언젠가 핫 주피터보다 쾌적한 생명이 존재 가능한 행성을 찾아 조사할 때에도 도움이 될 수 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.
정용환 기자
이원영 기자
