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TRAPPIST-1 2017-12-21
  • 분야
    태양계/외계행성
  • 조회수
    3098
질문
http://www.spitzer.caltech.edu/images/6294-ssc2017-01h-The-TRAPPIST-1-Habitable-Zone
사이트에서 본 내용에 대한 질문입니다.

In particular, the strikingly small orbits of these worlds make it likely that most, if not all of them, perpetually show the same face to their star, the way our moon always shows the same face to the Earth. This would result in an extreme range of temperatures from the day to night sides, allowing for situations not factored into the traditional habitable zone definition.

여기에서 TRAPPIST-1의 행성들은 공전주기가 매우 짧기 때문에 낮과 밤의 온도차가 매우 크기 때문에 생명가능지대의 정의처럼 생명체가 존재하기 어렵다~ 대충 이런 내용 같은데요...

공전 주기만을 가지고 동자전 주기와 같은 현상이 일어난다과 말할 수 있는건가요? 자전주기가 나오지 않았는데...

행성이 항성에 매우 가까이 있을 때의 공전주기와 자전주기의 변화가 궁금합니다.

TRAPPIST-1의 행성은 동자전 주기로 인해 생명체의 진화가 어렵다.
는 표현을 공전주기와 행성의 거리만 주어주고 쓸 수 있는지 궁금합니다.
답변
안녕하세요. 한국천문연구원입니다.

링크해주신 사이트의 앞 부분을 살펴보면,
TRAPPIST-1 행성계 중에서 3개(e,f,g)는 생명체가 존재할 가능성이 있는 영역(Habitable zone; 행성표면 온도가 너무 뜨겁지도 혹은 너무 차갑지도 않아서 액체상태의 물로 존재하는 Goldilocks zone)에 해당합니다.
반면에, TRAPPIST-1b,c,d는 별에 너무 가까워서 행성이 뜨겁고, TRAPPIST-1h는 너무 멀어서 행성이 차갑기 때문에 전통적인 의미의 Habitable zone에 포함되지 않으며 생명체가 존재할 가능성이 매우 희박합니다.
그렇지만, 행성을 발견한 연구자들(planets’ discoverers)은 TRAPPIST-1b,c,d,h 행성 중에서 일부 또는 이들까지 모두(즉, 7개 행성 모두) 액체상태의 물이 존재할 가능성이 있다는 Optimistic scenarios를 언급하고 있습니다.
“While TRAPPIST-1b, c and d are too close to be in the system’s likely habitable zone, and TRAPPIST-1h is too far away, the planets’ discoverers say more optimistic scenarios could allow any or all of the planets to harbor liquid water.”
즉, 질문 중의 첫번째 내용은 “생명체가 존재하기 어렵다”가 아니고, 말씀하신 것과 반대로 생명가능영역에 있는 3개 행성뿐만 아니라, 이 영역 밖에 있는 행성들도 생명체가 존재할 가능성이 있다는 뜻입니다.
그렇게 될 하나의 가능성은 행성의 자전과 공전주기가 같은 경우로써, 행성표면 절반만 항상 별을 보고 있을 때입니다.
자전과 공전주기가 같으면 가까운 행성이라도 별 방향의 반대쪽은 별빛을 전혀 받을 수 없으니 행성 표면이 뜨거울 수 없으며, 반대로 멀리 떨어진 행성이라도 항상 별을 바라보는 쪽은 별빛을 계속 받아서 상대적으로 덜 차가울 것입니다.
이런 행성에서는 행성 표면 전체에 물이 있는 것이 아니라 특정 지역(예를 들어, 가까운 행성은 낮과 밤의 경계 근처)에 액체상태의 물이 존재할 가능성이 있습니다.
이런 동주기 자전(자전주기와 공전주기가 같음; synchronous rotation) 현상을 고려하면, TRAPPIST-1에 있는 행성들 모두(또는 대부분) 액체 상태의 물을 갖고 있다고 추정할 수 있으며, 행성 발견자들이 말한 Optimistic scenarios는 이런 의미입니다.

말씀하신대로 행성의 공전주기만을 가지고 동주기 자전이라고 말할 수 없습니다.
별의 자전주기는 몇가지 방법으로 알 수 있지만, 아직까지 행성의 자전주기가 밝혀진 경우는 없는 것으로 알고 있습니다. 향후에 차세대 우주망원경인 JWST와 같은 최신 연구장비를 사용하여 행성의 대기와 표면을 좀더 정밀하게 분석하면, 행성의 자전주기도 알 수 있을 것으로 생각합니다. 행성의 자전주기를 모르지만, 별과 가까운 행성일수록 조석력이 커져서 행성의 자전주기가 공전주기와 비슷하게 될 가능성은 높습니다.
참고로, 2개의 별이 가까이에서 서로 공전하는 근접쌍성들은 대부분 동주기 자전하는 것으로 알려져 있습니다. 별과 행성의 질량과 거리 이외에, 나이(age)도 고려해야 합니다. 행성이 만들어진 초기에는 행성의 자전속도가 빠를 것인데,
별에 의한 조석력이 마치 마찰력같이 작용하여 행성의 자전속도가 점점 느려져서 공전주기와 자전주기가 같아질 것이므로, 젊은 별에 있는 행성보다는 나이든 별의 주위를 가까이에서 공전하는 행성이 동주기 자전할 가능성이 높습니다.
(** 인터넷에서 “달의 동주기 자전”을 검색하면 관련 내용이 나옵니다.)

이 기사의 Optimistic(낙관적인) scenario와 반대로 TRAPPIST-1 행성에 생명체가 존재하기 어렵다는 회의적(Pessimistic) 연구결과를 발표한 논문도 있습니다. 즉, TRAPPIST-1처럼 차가운 별에서는 플레어(flare)와 같이 일시적으로 매우 강한 에너지가 폭발하는 현상이 자주 발생하는데, 이런 방사능 피폭으로 인해 별에 가까운 행성에서는 생명체가 존재할 수 없을 것이라고 추정하기도 합니다. 이와 같이 아직까지는 외계행성에 생명체가 존재할 가능성이 있는지 연구하는 단계이고, 다양한 아이디어가 제시되고 있는 상황입니다.

감사합니다.