외계행성 기후 모델링은 왜 할까
외계행성 기후 모델링은 왜 할까
  • 함예솔
  • 승인 2019.01.24 06:25
  • 조회수 751
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외계행성 기후모델링 해보자. 왜? 출처: NASA/JPL-Caltech
외계행성 기후모델링 해보자. 왜? 출처: NASA/JPL-Caltech

기후 모델링은 기후 과정을 이해하고 변화를 예측하는 데 이용됩니다. 모델을 구축해 기후 시스템에 영향을 주는 각각의 요소들을 수학적으로 표현하게 되면, 다양한 결과를 산출할 수 있습니다. 이러한 과정을 통해 과학자들은 기후 과정을 이해하고 변화를 예측할 수 있습니다.

 

그런데 이 기후 모델링은 더 이상 지구에만 국한되진 않습니다. 최근 수십년 동안 과학자들은 태양계의 다른 행성의 기후 모델링을 진행하고 있습니다. 지금은 은하계에서 다른 항성의 궤도를 돌고 있는 먼 행성의 기후에 대해서도 시뮬레이션합니다. 이 연구의 목적은 천문학에서는 성배나 다름없는 인간이 거주할 수 있는 행성을 찾는 일입니다.

 

화성, 그리고 그 너머

 

미국항공우주국(NASA) 화성정찰기 고분해능 과학실험(HiRISE)의 영상. 멜라스 차즈마(Melas Chasma) 바닥 분화구에 반복되는 경사선(RSL)이 나타남. RSL은 주변 지형과 비교해 빛 반사율이 낮고 좁은 줄무늬로 나타나는 반복경사선. 태양위치와 경사면에 따라 달라진다.  출처: NASA / JPL / UA
미국항공우주국(NASA) 화성 정찰기 고분해능 과학 실험(HiRISE)의 이미지. 화성의 멜라스 차즈마(Melas Chasma) 바닥 분화구에 반복되는 경사선(RSL)이 나타남. RSL은 주변 지형과 비교해 빛 반사율이 낮고 좁은 줄무늬로 나타나는 반복 경사선. 태양위치와 경사면에 따라 달라진다. 출처: NASA / JPL / UA

 

과학자들이 지구 외에 다른 행성 연구에서 기후모델을 사용한 것은 약 20년 전입니다. 당시 과학자들은 '과거 화성 표면에서 액체로 된 물이 흐를 정도로 따뜻했던 이유는 뭘까?' 하는 수수께끼를 풀고 싶었습니다. 이에 대한 설명은 1997년 제시됐는데요. 화성의 대기에 이산화탄소 구름이 적외선을 다시 행성 표면에 반사시켜 화성을 따뜻하게 했습니다.     

 

지구닮은 외계행성은 계속 늘어나고 있다. 출처: NASA Goddard Space Flight Center, edited by MIT News
지구 닮은 외계행성은 계속 늘어나고 있어요. 출처: NASA, MIT

현재, 과학자들은 훨씬 더 먼 행성의 기후를 시뮬레이션 하고 있습니다. 연구할 행성은 넘쳐납니다. 허블우주망원경, 케플러 우주망원경과 같은 우주망원경을 이용해 거의 4,000개의 외계행성을 발견했기 때문이죠. 9년 간의 임무를 마치고 연료 고갈로 은퇴한 케플러 우주망원경의 뒤를 이을 NASA의 우주망원경 테스(TESS)는 가동 한 달 여 만에 항성계 두 곳에서 지구와 비슷한 크기의 행성 2개를 찾아냈고, 미국천문학회(AAS)회의에서는 최근 세 번째 외계행성을 발견했다고 발표했습니다. 지구와 비슷한 크기의 행성은 점점 더 많이 발견될 전망입니다.

 

비생물학적 과정으로도 산소 발생

 

지구에서는 식물의 광합성 결과 배출되는 '산소'를 생명체가 존재한다는 신호로 받아들이는데요. 기후모델에 따르면, 다른 행성에서 생명체를 찾을 때에는 '산소'가 생명체의 완벽한 단서라고만 보지 않을 수 있다는 걸 보여줍니다.

 

 

한 시나리오에 따르면, 영화 <인터스텔라(2013)>에 등장하는 '물 행성'과 같은 곳에서는, 그 행성이 공전하고 있는 '항성' 때문에 물이 증발될 수 있다고 하는데요. '물 행성'에서 증발된 수증기가 대기 높은 곳까지 도달하게 되면, 자외선에 의해 물 분자가 쪼개질 수 있다고 합니다. 그 결과 가벼운 수소 원자는 우주로 방출되고 산소는 대기 중에 축적될 수 있다고 합니다. 결국, 생명체 활동이 없음에도 '물 행성'에는 산소가 생겨나게 된 셈이죠. 

 

 

또한 과학자들은 <인터스텔라>에 나오는 식의 '얼음 행성'에서의 기후 영향에 대해서도 연구하고 있다고 하는데요. 지구로 들어오는 가시광선 형태의 햇빛은 대부분 빙하에서 반사합니다. 그런데 은하계에서 태양 크기의 별보다 훨씬 더 흔하다고 여겨지는, M-유형(적색)의 왜소항성과 같은 작고 차가운 별 주위를 돌고 있는 행성은 대부분 적외선으로 뒤덮여있습니다. 적외선은 가시광선과 달리 얼음이 쉽게 흡수합니다. 그 결과 이러한 M-유형(적색)의 왜소항성 궤도를 도는 행성들은 수억년 전 지구가 빙하로 얼어붙었던 '스노우볼 지구'와 같은 일이 잘 발생하지 않는다고 합니다.  

 

 


##참고자료##


Forget, François, and Raymond T. Pierrehumbert. "Warming early Mars with carbon dioxide clouds that scatter infrared radiation." Science 278.5341 (1997): 1273-1276.

Luger, Rodrigo, and Rory Barnes. "Extreme water loss and abiotic O2 buildup on planets throughout the habitable zones of M dwarfs." Astrobiology 15.2 (2015): 119-143.

Shields, Aomawa L., et al. "The effect of host star spectral energy distribution and ice-albedo feedback on the climate of extrasolar planets." Astrobiology 13.8 (2013): 715-739.



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