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지구와 비슷한 외계행성을 찾으려는 노력은 오래전부터 있었어요. 스위스 제네바대학교 교수인 미셸 마요르와 디디에 켈로즈가 1995년 외계행성을 발견하며 포문을 열었지요. 이번 노벨 물리학상의 상금 중 절반은 외계행성을 처음 발견한 두 과학자에게 돌아갔답니다.

현재까지 발견된 외계행성은 4천 개가 넘어요. 아직 분석하지 못한 행성도 수천 개지요. 지금은 외계행성 발견이 흔해졌지만 1995년 이전까지만 해도 외계행성 발견은 아득히 먼 일처럼 느껴졌어요. 그런데 1995년 10월 미셸 마요르 교수와 디디에 켈로즈 교수가 지구로부터 약 50광년 떨어진 페가수스자리에서 외계행성을 처음 찾아내며 외계행성학 분야에 문을 열었지요. 

당시 외계행성을 직접 관측하는 건 불가능했어요. 스스로 빛을 내는 별과 달리 외계행성은 그렇지 않거든요. 그래서 천문학자들은 중심별을 관찰해 외계행성의 흔적을 발견하려고 했어요. 외계행성이 중심별 주위를 공전하면 둘 사이의 인력 때문에 중심별도 조금씩 움직여요. 스케이트장에서 질량이 무거운 사람이 가벼운 사람과 양손을 잡고 도는 모습을 상상하면 쉬워요. 가벼운 사람이 크게 빙글빙글 돌면 중심에 있는 무거운 사람도 가벼운 사람의 움직임에 따라 조금씩 돌지요. 중심별과 행성도 마찬가지예요. 행성이 공전 궤도로 도는 동안 중심별도 작은 궤도를 따라 움직인답니다. 이렇게 작은 회전 운동을 할 때 중심별의 파장은 주기적으로 달라져요. 중심별이 지구와 가까워질 때는 빛의 파장이 짧아지고, 멀어질 땐 파장이 길어져요. 즉, 중심별의 파장이 달라지면 그 주위를 도는 외계행성이 존재한다는 거예요.

마요르 교수와 켈로즈 교수는 엘로디(ELODIE) 분광기를 개발해 여러 중심별의 파장을 분석했어요. 그리고 바로 그 해에 페가수스자리 51(중심별)을 돌고 있는 외계행성, 페가수스자리 51b를 발견했어요. 중심별의 공전 속도는 초당 60m이었고, 중심별의 속도와 질량을 토대로 계산한 페가수스자리 51b의 공전 궤도는 4.2일, 최소질량은 목성 질량의 절반 정도였답니다.

그들은 페가수스자리 51b를 바로 발표하지 않고 수 개월간 검증했어요. 페가수스자리 51b는 기존의 행성 형성 이론에 맞지 않았거든요. 당시 천문학자들은 별과 가까운 곳에는 질량이 작은 행성이, 먼 곳에는 질량이 큰 행성이 형성된다고 믿었어요. 그런데 페가수스자리 51b는 질량에 비해 공전주기가 너무 짧았지요. 중심별과의 거리가 태양과 지구 사이의 거리의 20분의 1 정도에 불과했어요.    

그들의 발표 이후 다른 천문학자들도 기존의 데이터를 다시 분석해 큰곰자리 47b, 처녀자리 70b 등의 외계행성을 연이어 발견했지요. 한국천문연구원 이충욱 박사는 “두 연구자의 발견 이후 외계행성 분야는 폭발적으로 성장했다”며, “외계행성은 미스터리로 남아 있는 행성 형성 과정을 밝혀줄 단서가 될 것”이라고 말했어요.