외계 생명의 다양성

1. 외계 생명의 다양성 • 홍 승수 • 서울대 물리천문학부 명예교수 Nicolaus Copernicus (1473-1543) http://en.wikipedia.org/wiki/Nicolaus_Copernicus#Biography

2. III. 외계 행성의 다양성 • 1. 외계 행성 발견사 • 2. 행성 검출을 위한 FGKM형 별 서베이 • 1) Lick, Keck, AAT 도플러 분광 서베이 • 2) 외계 행성의 물리적 성질 통계 • 3) 외계 행성계의 특성 • 3. 태양 행성계와 외계 행성계의 비교 • 1) 중심 별의 흔들림 • 2) 흔들린 각 거리와 흔들림 속도 • 3) 시선속도 관측 자료 분석 • 4. 태양 행성계의 특이성 • 5. 나오면서

3. 1. 외계 행성 발견사

6. 2. 행성 검출을 위한 FGKM형 별 서베이 1) Lick, Keck, AAT 도플러 분광 모니터링 • Lick, Keck, AAT의 도플러 분광 모니터링 • 10pc 이내에 있는 FGKM 형의 별 1330개를 18년 동안 분광관측 • 속도 분해능 3m/s 유지; P2  a3 18년 ~ 6.87AU • 총 152개의 행성 체를 131개의 별 주위에서 확인 • 모두 17개의 별 주위에서 행성계의 존재를 확인 • 114 x 1= 114; 14 x 2= 28; 2 x 3= 6; 1 x 4= 4 • 행성에 의한 중심별의 엄폐 현상을 관측으로 7개의 행성 발견 • 순수 엄폐 측광 5개 + 도플러 분광 도움 2개 • 속도 곡선M ; 밝기의 상대 감소 Rpl/ Rstar 항성 모형RstarRpl평균 밀도 •  = 0.2 ~ 1.4 g/cm3액체 수소의 핵을 갖는 기체 행성 행성 대기의 스펙트럼에서 Na, H, H2O, CH4검출

7. 2) 외계 행성의 물리적 성질 통계 행성의 질량 분포 dN∝M-1.05dM 6M < M sin i < ~15MJ , 에 주로 분포하며, 이보다 중량급의 행성은 거의 없다. 질량이 M sin i 12MJ 인 행성의 부재를 보고 갈색 왜성의 사막 현상이라 부른다. 그러므로 행성과 갈색 왜성은 유전적으로 두 가지 서로 다른 부류의 천체이다.

8. 궤도 장반경 분포 관측된 궤도 장반경a는 0.02AU < a < 6.0AU의 범위에 분포한다. 16개의 행성이 a < 0.1AU 인 “Hot Jupiter”; 16/1330 = 1.2±0.3% 전반적 분포 양상: 0.3 ~ 3AU 점진적 증가 & 5 ~ 20 AU 평탄 분포 ⇒ FGK의 12% 가 토성보다 큰 거대 행성을 적어도 하나 이상 거느린다.

9. 중심별의 금속 함량과 행성 발견 확률의 관계  (planet) ≈ 3x10-2［(Fe/H) / (Fe/H)⊙］2  미행성의 충돌 병합을 통한 행성의 성장 이론 지지.

10. 궤도 이심률과 장반경 이심률e 분포 범위0.02 ~ 1.0; 근일점 거리a(1-e) < 0.1AU인 경우에는 중심 별에 의한 강한 조석력이 타원형 궤도를 원으로 변형시켰을 것이다 :조석 원형화 외계 행성들의 궤도가 매우 찌그러진 타원이므로 태양계의 상황과 판이하다 : 계의 안정성 문제.

11. 질량과 장반경 내 행성계에목성형의 거대 행성이 많지 않다: 이는 관측의 선택 효과와 무관하다. 태양계에서의 상황과 달리, 외계 행성들의 질량과 중심 거리 사이에서 뚜렷한 상관 관계를 찾아보기 어렵다.

12. 3) 외계 행성계의 특성 행성들이 평균 운동 공명궤도에 자리하므로 궤도 이주가 있었음을 알 수 있다.

13. 3. 태양 행성계와 외계 행성계의 비교 외계 행성의 몇 가지 하이라이트 • 해왕성 규모의 행성과 초대형의 지구 • 21M , 15M , 18M , P = 2.5 ~ 10 days ; M sin i = 6 M , P = 1.94 days • 얼음형 거대 행성과 지구형 고체 행성의 중간 • 직접 촬영으로 발견한 최초의 행성 2M1207 • 촬영 장비 : VLT/ NACO + HST/ NICMOS • 질량 2 ~ 5 MJ궤도 장반경 54AU 중심별 나이 8 Myr • 토성 규모의 행성 HD149026b • 평균밀도 = 1.4 g/cm3 ; M  1.3 MSaturn70 M의 암석 성분 중심 핵 • “고체 핵 + 기체 집적” 모형 지지 • 뜨거운 목성의 출현 “Hot Jupiter Problem” • 궤도 이주의 가능성 시사

14. Hot Jupiters 뜨거운 목성들

15. 4. 태양 행성계의 특이성 1330 개의 태양형 별을 18년 동안 지속적으로 관측한 중간 결과로 131개의 별 주위에서 152개의 행성을 간접 발견했는데, 131개 중 17개에서 행성계가 확인됐다. 대부분 목성보다 무거운 거대 기체 행성으로서, 개중에는 중심 별에 매우 가까이 접근하는 것들도 있다 : Hot Jupiter. 질량, 이심률, 장반경 등의 분포에서 태양계는 특이한 존재 : 코페르니쿠스적 발상의 고민!

16. 지구형 행성야 10~20 년 안에 발견되겠지만, 우리가 브르노의 운명을 비켜가려면 뜨거운 목성, 타원 궤도의 안정성, 거대 기체 행성의 존재가 제기한 문제부터 해결해야 한다. Giordano Bruno (1548-1600) 코페르니쿠스 혁명의 완성을 향한 행진에 다양성의 지평이 확보돼야 한다. 다양성의 지평을 열라!

17. 5. 나오면서 기본 법칙의 범 우주적 보편성에 입각해 생각할 때 적정 환경의 지구형 행성을 발견한다면 거기에서도 생명이 싹틀 수 있을 것이다. 이러한 생각에서‘ 태양 행성계의 기원과 그 형성 과정의 얼개를 먼저 밝혀둘 ’ 필요가 있어서, 조사해본 결과 우리는, ‘태양계 바깥세상에도 행성계가 존재하겠다’ 는 결론에 이르렀다. 따라서 외계 행성 체들의 검출부터 서둘러수행했더니 지구형 행성의 발견은커녕 우리 태양계가 아주 ‘괴짜’라는 사실이 판명됐다. 그렇다면 우리는 코페르니쿠스적 발상을 버려야만 하는가? 보편성에 근거한 우리의 시도가 코페르니쿠스적 발상에 흠을 남기지 않으려면, 다양성의 지평을 열어야 할 필요를 절감한다. 태양계의 특이성은 다양성 안에서 하나의 개별성으로 해석될 수 있으니 말이다. 외계 행성의 검출과 관련된 ‘사실에서 진실 찾기’를 다시 돌아본다면, …

18. 시간이 부족해서 준비해 간 이 강의를 다 할 수 없었다. 하지만 휴식 시간과 강의가 전부 끝난 다음에도 학생들이 남아서 내게 많은 질문들을 해 댔다. 그래서 강의가 실질적으로 전부 끝난 시간이 오후 6시 30분 경이었다. 이 상황은 작년과 크게 다르지 않다. 거의 네 시간을 내내 서 있었기 때문에 강의를 끝낸 후에 많이 피곤했다. 내게는 10분 휴식 시간 조차 내 것이 아니었다. 강의 중에 아주 편안한 자세로 수면을 취하는 학생들 일부는 내가 일부러 깨워서 밖으로 나가 세수를 하고 돌아오게 했다. 작년에는 그냥 내버려 뒀었다. 이런 식의 교육에서 많은 것을 건져가는 학생이 있는가 하면, 소득이 전혀 없는 학생들도 있다. 숙제를 정성껏 해온 학생들이 참 귀엽게 보였다. 제공한 논지에도 학생다운 풋풋함이 있었다. 아주 긴장된 얼굴로 내게 와서, ‘교수님, 정말 하고 싶은 것을 해도 되나요?’라 묻는 학생이 있었다. 그 학생이 내 강의를 듣고 자신의 생각을 어떻게 가꾸어나갈지 무척 궁금하다. 정말 하고 싶은 일을 위해서 달려드는 학생이 한두 명만 나와도 좋을 터인데, … 무슨 일이든 평가의 잣대가 마련되면 사람들은 잣대 그 자체에 매달리게 되는 모양이다. 시쳇말로 ‘스펙 쌓기’에만 급급하지 과학 그 자체에는 크게 흥미가 없는 듯해서 강의 시간 내내 마음이 편하지는 않았다. 이 딜레마는 누가 해결해 줄 수 있을까, … 관허재에서 홍 승수 10-05-02.