TRAPPIST-1 b·c 400도 온도차…대기 없는 암석 확인

제임스 웹 우주망원경이 태양계 밖 암석 행성의 완전한 기후 지도를 처음으로 완성했다. 트래피스트-1 항성계에서 가장 안쪽에 있는 두 행성, 트래피스트-1 b와 트래피스트-1 c는 빛이 닿는 낮 면과 영원한 밤 면 사이에 400도가 넘는 온도 차이를 보였다. 이런 온도 격차는 열을 양쪽으로 순환시킬 대기가 없을 때만 물리적으로 가능하다. 두 행성은 공기도, 생명 조건도 없는 메마른 암석으로 확인됐다.

트래피스트-1은 지구 밖 생명체 탐색에서 가장 주목받아 온 항성계다. 물병자리에 있는 적색왜성으로, 지구에서 39광년 떨어져 있다. 지구 크기의 행성이 일곱 개나 있고, 이 중 세 개는 표면에 액체 물이 존재할 수 있는 온도의 거주 가능 영역에 위치한다. 은하수 전체 별의 4분의 3 이상이 적색왜성이고, 이 주변에 지구 크기 행성이 많다는 사실이 생명 가능성 연구의 핵심으로 떠올랐다. 이번 데이터는 계 안쪽 두 행성에 대한 그 가능성을 닫는다.

대기 사라진 이유: 조석 고정

대기 상실의 원인은 조석 고정이다. 트래피스트-1은 태양보다 훨씬 작고 차갑기 때문에, 안쪽 행성들은 항성에 아주 가까이 붙어 이틀도 안 되는 주기로 공전한다. 이 거리에서 조석력이 행성의 자전 주기와 공전 주기를 일치시켰다. 달이 항상 같은 면을 지구로 향하듯, 한쪽 면은 영원한 낮이고 반대 면은 영원한 밤이다. 대기가 있다면 바람이 뜨거운 낮 면에서 차가운 밤 면으로 열을 전달해 온도 차를 줄인다. 하지만 웹이 측정한 400도 격차는 그런 순환이 전혀 일어나지 않음을 보여준다. 공기가 없으니 열을 움직일 것도 없다.

이번 연구는 제네바 대학교의 천문학자 에멜린 볼몽 팀이 이끌었다. 웹의 미리(MIRI) 관측 장비로 두 행성의 열 위상 곡선을 측정했다. 행성이 공전하는 동안 별-행성 시스템 전체의 적외선 밝기 변화를 추적해, 행성 표면의 온도 분포를 재구성하는 방식이다. 트래피스트-1 b의 낮 면은 200도를 넘고, 밤 면은 영하 200도 아래로 내려갔다. 트래피스트-1 c는 전체적으로 더 차갑지만 같은 극단적 대비를 보였다. 지구 크기 암석 외계 행성의 완전한 열 지도를 얻은 것은 천문학 역사상 처음이다.

거주 가능 구역 행성은 아직 미지수

그렇다고 트래피스트-1 전체가 제외된 것은 아니다. 트래피스트-1 b와 c는 항성 복사에 가장 많이 노출된, 대기 상실에 가장 취약한 행성이다. 볼몽 팀의 이론 모델은 바깥쪽 행성들이 대기를 유지했을 가능성을 시사한다. 연구팀이 제시한 비유가 명확하다. 태양에 가장 가까운 수성은 대기가 없지만, 더 멀리 있는 금성과 지구는 대기를 유지하고 있다. 트래피스트-1 b·c의 운명이 거주 가능 구역에 있는 e, f, g 행성의 운명을 결정하지 않는다. 이번 측정은 두꺼운 대기의 부재는 확인하지만, 탐지 한계 아래의 얇은 기체층 가능성까지 배제하지는 않는다는 점도 연구팀이 밝혔다.

결과는 국제학술지 네이처 애스트로노미에 게재됐다. 거주 가능 구역 정중앙에 위치한 트래피스트-1 e에 대한 관측은 우주망원경과학연구소의 DREAMS 프로그램 하에 현재 진행 중이다. 추가 통과 관측 15회가 계획되어 있다. 그 행성에 대기가 있다면, 웹이 수개월 안에 확인할 수 있다.