이번 달은 지금까지 만들어진 가장 강력한 우주 망원경이 다른 별을 도는 행성을 감시하기 시작하는 외계 생명체 탐색의 새로운 장이 될 것입니다. 천문학자들은 제임스 웹 우주 망원경이 이 행성들 중 일부가 생명체를 부양할 수 있는 대기를 가지고 있는지 여부를 밝혀주기를 희망합니다.
다른 태양계의 대기를 측정하는 것만으로도 충분히 시원할 것입니다. 그러나 이러한 대기 중 하나가 생명 자체에 대한 언급인 생체특징으로 알려진 것을 제공할 가능성은 적지만 – 있습니다.
애리조나 대학의 천문학자인 메건 맨스필드는 “우리가 흥미롭다고 생각하는 행성을 찾을 수 있을 것이라고 생각한다. 생명체에 대한 좋은 전망”이라고 말했다. “그러나 우리는 반드시 즉시 생명을 식별할 수 없을 것입니다.”
지금까지 지구는 생명체가 존재하는 것으로 알려진 우주의 유일한 행성으로 남아 있습니다. 과학자들은 거의 60년 동안 화성에 탐사선을 보냈지만 아직 화성을 찾지 못했습니다. 그러나 생명체가 붉은 행성의 표면 아래에 숨어 있거나 목성이나 토성의 달에서 발견되기를 기다리고 있다고 생각할 수 있습니다. 일부 학자들은 이에 대한 희망을 표명했습니다. 금성이산화황 구름의 뜨거운 대기에도 불구하고 금성의 아이들의 고향일 수 있습니다.
지구가 우리 태양계에서 생명체를 품고 있는 유일한 행성으로 밝혀지더라도 우주의 다른 많은 태양계에는 소위 외계행성이 있습니다.
1995년, 스위스 천문학자들은 태양과 같은 별 주위를 도는 최초의 외계행성을 발견했습니다. 51 페가수스 b로 알려진 이 외계행성은 목성보다 크고 화씨 1800도에 달하는 부푼 가스 거인으로서 삶의 희망이 없는 집으로 밝혀졌습니다.
그 후 몇 년 동안 과학자들은 5,000개 이상의 다른 외계행성. 일부는 지구와 매우 유사합니다. 가스가 아닌 암석으로 만들어지고 별 주위의 “Goldilocks Zone”에서 궤도를 도는 대략 같은 크기이며 요리에 너무 가깝지 않지만 얼기에는 충분하지 않습니다.
불행하게도, 이 외계행성의 상대적으로 작은 크기 때문에 지금까지 연구하기가 극도로 어려웠습니다. 지난 크리스마스에 발사된 제임스 웹 우주 망원경은 천문학자들이 이 세계를 더 자세히 볼 수 있도록 돋보기 역할을 하여 이를 바꿀 것입니다.
망원경은 프랑스령 기아나 쿠루에서 발사된 이후 나는 여행했다 지구에서 100만 마일 떨어진 곳에서 태양 주위를 도는 궤도에 진입합니다. 그곳에서 방패는 21피트 길이의 거울을 태양이나 땅의 열이나 빛으로부터 보호합니다. 이 깊은 어둠 속에서 망원경은 먼 행성에 대한 새로운 세부 사항을 밝힐 수 있는 광선을 포함하여 희미하고 먼 광선을 감지할 수 있습니다.
맨스필드 박사는 우주 망원경이 “설계에 외행성의 대기 연구를 고려한 최초의 대형 우주 관측소”라고 말했습니다.
NASA 엔지니어들은 6월 중순에 웹 망원경으로 다양한 물체의 사진을 찍기 시작했으며 7월 12일에 첫 번째 이미지를 대중에게 공개할 예정입니다.
이 프로그램의 수석 과학자인 Eric Smith는 외계행성이 첫 번째 이미지 배치에 포함될 것이라고 말했습니다. 망원경이 외계행성을 관찰하는 데 비교적 짧은 시간을 할애할 것이기 때문에 Smith 박사는 이 첫 번째 이미지를 망원경의 위력을 “빠르고 더러운” 모습으로 간주했습니다.
이러한 빠른 관찰은 7월부터 시작하여 훨씬 더 긴 일련의 관찰을 수행하여 외계행성에 대한 더 명확한 그림을 제공할 것입니다.
많은 천문학자 팀이 다음을 살펴볼 계획입니다. 일곱 행성 Trappist-1이라는 별을 돌고 있습니다. 이전 관측에서는 3개의 행성이 거주 가능 지역을 차지하고 있는 것으로 나타났습니다.
7월 4일경부터 Trappist-1 행성을 관찰할 몬트리올 대학의 대학원생인 Olivia Lim은 “태양계 밖에서 생명체의 흔적을 찾기에 이상적인 장소”라고 말했습니다.
Trappist-1은 작고 차가운 별이기 때문에 거주 가능 영역은 우리 태양계보다 더 가깝습니다. 결과적으로 잠재적으로 거주 가능한 행성은 가까운 거리에서 공전하며 별을 공전하는 데 며칠 밖에 걸리지 않습니다. 행성이 Trappist-1 앞을 지나갈 때마다 과학자들은 기본적이면서도 중요한 질문에 답할 수 있을 것입니다. 행성에 대기가 있습니까?
코넬 대학의 천문학자인 니콜 루이스는 “공기가 없으면 거주 가능한 지역에 있더라도 거주할 수 없을 것”이라고 말했다.
루이스 박사와 다른 천문학자들은 트라피스트-1 행성 주변의 대기를 발견하지 못한다고 해서 놀라지 않을 것입니다. 행성이 형성될 때 대기가 발달했더라도 별은 오래전에 자외선과 X선을 사용하여 행성을 날려 버렸을 수 있습니다.
맨스필드 박사는 “생명을 창조할 기회가 생기기도 전에 행성의 모든 대기를 제거할 수 있다”고 말했다. “이것이 우리가 여기서 대답하려고 하는 첫 번째 질문입니다. 이 행성이 생명체를 개발할 수 있을 만큼 충분히 긴 대기를 가질 수 있는지 여부입니다.”
Trappist-1 앞을 지나가는 행성은 작은 그림자를 만들지만, 그 그림자는 우주 망원경이 포착하기에는 너무 작습니다. 대신 망원경은 별에서 오는 빛이 약간 어두워지는 것을 감지합니다.
존스 홉킨스 응용 물리학 연구소에서 박사후 과정을 이수한 천문학자 Jacob Lustig-Jeiger는 “눈을 감고 일식을 보는 것과 같습니다.”라고 말했습니다. “빛이 어두워졌다는 느낌이 들 수도 있습니다.”
대기가 있는 행성은 그 뒤에 있는 별을 육안으로 보는 행성과 다르게 어둡게 만듭니다. 별의 빛 중 일부는 대기를 직접 통과하지만 가스는 특정 파장의 빛을 흡수합니다. 천문학자들이 그 파장의 별빛만 보았다면 행성은 Trappist-1을 훨씬 더 어둡게 만들 것입니다.
망원경은 이 Trappist-1 관측치를 지구로 다시 보낼 것입니다. 그런 다음 ‘이봐, 데이터를 사용할 수 있습니다’와 같은 이메일을 받게 됩니다. 맨스필드 박사는 말했습니다.
그러나 Trappist-1의 빛은 너무 희미해서 그것을 이해하는 데 시간이 걸릴 것입니다. “당신의 눈은 초당 수백만 개의 광자를 다루는 데 익숙합니다.”라고 Smith 박사는 말했습니다. “하지만 이 망원경은 초당 몇 개의 광자를 수집합니다.”
맨스필드 박사나 동료 천문학자들은 Trappist-1 앞을 지나가는 외계행성을 분석하기 전에 먼저 망원경의 특수 메커니즘에 의해 생성된 작은 변동과 구별해야 합니다.
맨스필드 박사는 “제가 실제로 하는 많은 작업은 망원경이 하는 이상한 일을 주의 깊게 수정하여 아주 작은 신호를 볼 수 있도록 하는 것입니다.”라고 말했습니다.
이러한 노력이 끝나면 맨스필드 박사와 동료들은 트라피스트-1 주변의 분위기를 발견할 수 있습니다. 그러나 이 결과만으로는 대기의 본질을 알 수 없습니다. 그것은 지구에 있는 것처럼 질소와 산소가 풍부하거나 금성의 이산화탄소와 황산의 독성 수프와 비슷할 수 있습니다. 또는 과학자들이 전에 본 적이 없는 조합일 수도 있습니다.
덴마크 공과대학의 천문학자인 Alexander Rathke는 “우리는 이 대기가 무엇으로 이루어져 있는지 전혀 모른다”고 말했습니다. “아이디어와 시뮬레이션 등 모든 것이 있지만 실제로는 아무 생각이 없습니다. 가서 살펴봐야 합니다.”
JWST라고도 하는 James Webb 우주 망원경은 각 유형의 입자가 서로 다른 파장 범위의 빛을 흡수하기 때문에 외계행성 대기의 특정 구성 요소를 결정하기에 충분히 강력할 수 있습니다.
그러나 이러한 발견은 외부 행성의 날씨에 달려 있습니다. 밝고 반사적인 구름 담요는 별빛이 외계 행성의 대기로 들어오는 것을 차단하여 우주 공기를 찾으려는 모든 시도를 파괴할 수 있습니다.
Rathck 박사는 “구름이 있는 대기와 대기가 없는 대기를 구별하기가 정말 어렵습니다.”라고 말했습니다.
날씨가 협조적이라면 천문학자들은 특히 외계행성이 대기에 물을 가지고 있는지 알아내고자 합니다. 적어도 지구에서 물은 생물학의 전제 조건입니다. 맨스필드 박사는 “우리는 그것이 생명체 탐색을 위한 좋은 출발점이 될 것이라고 생각한다”고 말했다.
그러나 물이 많은 대기가 반드시 외계행성이 생명체를 품고 있다는 것을 의미하지는 않습니다. 행성이 살아 있는지 확인하기 위해 과학자들은 생물지표, 분자 또는 살아있는 유기체에 의해 특징적으로 형성되는 여러 분자 그룹을 발견해야 합니다.
과학자들은 여전히 신뢰할 수 있는 생체특징이 무엇인지에 대해 토론하고 있습니다. 지구의 대기는 주로 식물과 조류의 산물인 많은 산소를 함유하고 있다는 점에서 우리 태양계에서 독특합니다. 그러나 산소는 생명의 도움 없이도 공기 중의 물 분자가 분열할 때 생성될 수 있습니다. 마찬가지로 메탄은 살아있는 미생물뿐만 아니라 화산에서도 방출될 수 있습니다.
생명의 도움 없이는 유지될 수 없는 명확한 생명 각인을 제공할 수 있는 특정 가스 균형이 있을 수 있습니다.
“우리는 이러한 중요한 지문을 찾기 위해 매우 유리한 시나리오가 필요합니다”라고 Rathck 박사는 말했습니다. “가능하지 않다고 말하는 것이 아닙니다. 단지 말도 안 된다고 생각합니다. 우리는 매우 운이 좋아야 합니다.”
그러한 균형을 찾으려면 웹 망원경이 Trappist-1 앞을 자주 지나가는 행성을 관찰해야 한다고 캘리포니아 대학교 산타 크루즈의 행성 과학자인 Joshua Krissansen-Totton이 말했습니다.
Chrisansen-Totton 박사는 “누군가 향후 5년 내에 앞으로 나와 ‘예, JWST로 생명을 찾았습니다’라고 말한다면 저는 그 주장에 매우 회의적일 것입니다.”라고 말했습니다.
James Webb 우주 망원경이 생체 인식을 찾지 못할 수도 있습니다. 이 임무는 10년 이상 후에 차세대 우주 망원경을 기다려야 할 수도 있습니다. 이 외계행성은 사람들이 밤하늘에서 화성이나 금성을 보는 것과 같은 방식으로 연구할 것입니다. 즉, 별 앞을 지나가는 것이 아니라 우주의 검은 배경에 대해 별빛이 반사되는 것을 관찰하는 것입니다.
Rathcke 박사는 “대부분 우리는 미래의 망원경을 위한 매우 중요한 기반을 만들 것입니다.”라고 예측했습니다. “JWST가 생체 지문 인식을 도입했다면 매우 놀랐겠지만, 정정되기를 바랍니다. 기본적으로 이것이 제가 이 일을 하는 이유입니다.”
