구독상품안내
When astronomers discovered the planet known as GJ 1214b a couple of years ago, they knew they had an oddball world on their hands. Whirling around a star some 40 light-years from Earth, GJ 1214b was about 2.7 times as wide as our home planet, with about 20 times the volume, making it a “super-Earth,” about midway in size between Earth and Neptune.
As Zachory Berta, the Harvard grad student who first spotted the planet puts it: “It was difficult to understand.” Not anymore, though. A team lead by Berta has now used the Hubble Space Telescope to determine that the planet is indeed like Neptune’s younger brother. That means it’s fairly loaded with water, and that has big implications for finding earthlike biology in unearthly places.
There may be plenty of similarities between GJ 1214b and Neptune in terms of composition, but the two worlds have a whole lot of differences too. For one thing, GJ 1214b is much, much hotter, about 232°C compared with -234°C for Neptune. That’s because GJ 1214b practically hugs its parent star, orbiting it once every 38 hours, at a distance of 2.7 million km. Neptune’s stats are a whopping 165 years and 4.3 billion km.
What’s more, the parent star of GJ 1214b is a M-dwarf, much smaller, dimmer and cooler than the sun. In the early days of planet hunting, everyone was focused on worlds orbiting sunlike stars since they were thought to be the most likely places for life to arise. But it gradually dawned on the scientists that M-dwarfs might be home to habitable planets too, provided they orbited at just the right distance so that their ambient temperature would sustain liquid water.
It was to search for these promising planets around small, cool stars that Harvard astronomer David Charbonneau, Berta’s mentor, founded the MEarth project, which uses small automated telescopes in Arizona to keep an eye on M-dwarfs, looking for the telltale dimming that would suggest a planet. GJ 1214b was the project’s first discovery.
The only way to answer that question was to get a look at GJ 1214b’s atmosphere, and that’s where the Hubble came in. The planet itself is impossible to see directly, but when it passes in front of the star, a bit of light shines through the atmosphere. By analyzing that starlight, Berta and his colleagues could search for evidence of water.
해석 작은 해왕성이 많은 것을 암시해준다
천문학자들이 몇 년 전 기묘한 세계 같은 GJ 1214b 행성을 발견했다. GJ 1214b는 지구로부터 40광년 떨어져 항성 주위를 공전한다. 지름은 지구보다 2.7배 크고 부피는 약 20배 커서 ‘슈퍼지구’처럼 보인다. 크기는 해왕성과 지구의 중간 정도다(해왕성은 태양계에서 4번째로 크다). 밀도는 지구의 반 밖에 되지 않는다. 따라서 지구처럼 대부분 바위로 이뤄진 것은 아닐 것이다. 목성처럼 작은 바위 덩어리 위에 수소와 헬륨으로 이뤄진 대기권이 있을 수도 있고 해왕성처럼 조금 더 큰 바위 덩어리 위에 매우 많은 물(바다)이 있을 수도 있다. 이 행성을 처음 발견한 하버드대 대학원생 재처리 베르타는 “이해하기 힘들었다”고 말한다. 하지만 베르타가 이끄는 팀은 허블천체망원경을 사용해 이 행성이 해왕성의 어린 형제라는 것을 알아냈다. 즉, 이 행성에는 상당히 많은 양의 물이 있으며, 지구와 비슷한 생명체를 발견할 가능성이 크다는 것이다.
구성성분으로 보면 GJ 1214b와 해왕성은 비슷한 점이 많다. 그러나 두 행성은 굉장히 다르기도 하다. GJ 1214b의 온도는 영상 232℃다. 해왕성의 영하 234℃보다 훨씬 뜨겁다. 이것은 GJ 1214b가 모성을 껴안듯이 회전하고 있기 때문이다. 겨우 270만 km 떨어져서 38시간에 한 번 공전한다. 이에 비해 해왕성은 태양에서 43억 km 떨어져 165년에 한 번 공전을 한다.
더 중요한 것은 GJ 1214b의 모성이 M-왜성이라는 것이다. M-왜성은 태양보다 훨씬 작고, 어둡고, 차갑다. 우주에서 생명체가 있는 행성을 찾던 초기에 사람들은 우리의 태양과 비슷한 항성 주위를 도는 별들을 찾았다. 그런 곳이 생명이 탄생할 가능성이 높다고 생각했기 때문이다. 점차 과학자들은 행성이 적당한 거리에서 공전해 액체상태의 물이 존재할 수 있다는 온도 조건이라면, M-왜성 주변에도 생명체가 있는 행성이 있을 수 있다고 생각했다.
하버드대 천문학자이자 베르타의 지도교수인 데이빗 샤르보노가 시작한 MEarth 프로젝트가 바로 이것이다. 작고 차가운 항성주변을 공전하는 행성 중 생명이 있을 가능성이 있는 곳을 찾는 것이다. 이 프로젝트는 아리조나주에 위치한 자동화 소형 망원경들을 사용해 M-왜성을 꾸준히 추적한다. M-왜성이 갑자기 어두워지면 그 주변을 공전하는 행성이 있다는 것이기 때문이다. GJ 1214b의 발견은 이 프로젝트의 첫 결실이다. 그러나 아직 그것이 무엇으로 만들어졌는지는 미스테리다.
이것을 알아내는 유일한 방법은 GJ 1214b의 대기를 관측하는 것이다. 이를 위해 허블천체망원경을 사용했다. 너무 멀고 작아서 행성 자체를 직접 보는 것은 불가능하다. 그러나 행성이 항성 앞을 지날 때엔 항성에서 나오는 빛이 행성의 대기를 통과해 빛난다. 이 별빛을 분석함으로써, 베르타와 동료들은 물이 존재한다는 증거를 발견했다.
