이제 태양계 바깥 외계행성을 찾는 장면을 만들 차례! 외계행성을 자세히 관측하려면 엄청 큰 망원경이 필요할 텐데…. 응? 태양을 활용하면 외계행성의 표면을 직접 볼 수 있는 연구가 있다고?
태양계 밖에 있는 항성 주변을 도는 천체를 ‘외계행성’이라 해요. 최근 천문학자들은 외계행성을 찾는 다양한 방법을 개발했어요. 2008년에는 129광년 떨어진 HR 8799 항성의 목성형 행성이 직접 관측되기도 했지요. 하지만, 지구 크기의 외계행성의 표면을 보기는 힘들어요. 밝은 항성 가까이를 돌고 있는 데다, 너무 작고 어둡거든요. 100광년 정도 떨어진 지구형 행성의 표면을 보려면 지구보다 큰 망원경이 필요할 정도지요. 그런데 이렇게 큰 렌즈 없이 외계행성을 직접 관측할 수 있다면요? 나사 제트추진연구소의 슬라바 투리셰프 박사는 태양의 ‘중력렌즈 효과’를 사용해 외계행성을 직접 관측하자는 아이디어를 냈어요.
‘중력렌즈’는 중력이 큰 천체가 주변 시공간을 구부러뜨려 렌즈 같은 효과를 내는 현상이에요. 빛이 렌즈를 통과할 때 굴절되는 것처럼, 중력이 큰 천체 옆을 지나갈 때 휘어져 빛이 한 곳으로 모이지요. 이때 상이 왜곡되거나 더 밝아지기도 해요.
이 원리를 이용해 태양을 거대한 중력렌즈로 사용하면 외계행성에서 오는 미약한 빛을 모을 수 있어요. 태양 중력렌즈로 빛이 모이는 초점 지역에 1~2m 크기의 우주망원경을 여러 대 띄운 뒤, 외계행성에서 온 빛을 모아 분석하면 외계행성의 표면을 볼 수 있는 것이죠. 슬라바 투리셰프 박사는 “약 100광년 떨어진 외계행성의 표면을 25km 정도까지 구분할 수 있다”고 밝혔어요. 그럼 외계행성 표면에 바다가 있는지, 대륙은 어떻게 생겼는지까지도 볼 수 있어요.
물론 태양 중력렌즈 망원경을 실현하기 위해서는 해결해야 할 일들이 많아요. 우선 태양 중력렌즈의 초점은 태양에서 550AU 떨어진 곳에 있어요. 현재까지 인류가 만든 물체 중 우주 가장 멀리까지 날아간 보이저 위성이 약 150AU 거리에 있는데, 이보다 3.7배 먼 곳까지 우주망원경을 보내야 하죠. 슬라바 투리셰프 박사는 “작은 군집 위성 여러 대를 보내면 보이저 위성보다 빠르게 망원경을 설치할 수 있을 것”이라 밝혔답니다.
● 인터뷰 “2060년에는 외계행성의 표면을 직접 볼 수 있을 거예요!”
슬라바 투리셰프(NASA 제트추진연구소 연구원)
Q. 태양 중력렌즈 망원경은 어떻게 설치할 계획인가요?
태양에서 550AU는 정말 먼 거리예요. 우리는 무게가 100kg이 안 되는 소형 위성 여러 대를 발사하려 해요. 이 위성들은 태양광 돛을 이용해서 가속할 예정이죠. 계획대로라면 이 위성들은 1년에 15~25AU의 속도로 태양계 바깥으로 날아갈 수 있어요. 일단 초점 위치에 도착하면 망원경들을 외계행성의 빛이 오는 방향과 수직으로 정렬시킨 후 데이터를 모으기 시작할 거예요.
Q. 이 계획이 실현되는 데 얼마나 걸릴까요?
위성은 2032년에 발사할 계획이에요. 태양 중력렌즈의 초점 위치까지 위성이 도달하는 데는 약 25년이, 그곳에서 외계행성의 사진을 찍는 데 1년 정도 더 걸려요. 2060년에는 외계행성의 사진을 볼 수 있다는 뜻이죠!
Q. 2060년이요?! 박사님이 결과를 보실 수 있을까요?
두 가지 방법이 있어요. 탐사선을 더 빨리 날도록 만들거나, 더 오래 살거나. 저는 두 가지 모두를 계획 중이랍니다!
