TRAPPIST-1 g의 중력은 얼마나 강할까?
TRAPPIST-1 g는 일곱 행성 가운데 반지름이 가장 크지만, 질량은 가장 크지 않다. 반지름은 지구의 약 1.129배이고 질량은 약 1.321배로, 가장 안쪽에 있는 b가 g보다 조금 더 무겁다. 질량과 반지름으로 계산한 g의 표면 중력은 지구의 약 1.04배다. 행성의 크기만 보고 표면 중력이나 대기가 남아 있을 가능성을 판단할 수는 없다.
- 약 12.35일 중심별을 한 바퀴 도는 시간
- 지구의 약 1.129배 일곱 행성 중 가장 큰 반지름
- 지구의 약 1.321배 별 앞을 지나는 시각의 변화로 계산한 질량
- 지구의 약 1.04배 질량과 반지름으로 계산한 표면 중력
행성의 크기와 표면 중력은 어떻게 연결될까?
반지름은 행성이 별 앞을 지날 때 가린 빛의 양으로 구한다. 질량은 일곱 행성이 서로 잡아당겨 통과 시각을 바꾸는 정도로 계산한다. 2021년 연구에서 g의 질량은 지구의 1.321±0.038배, b의 질량은 1.374±0.069배로 나왔다. 따라서 g는 일곱 행성 중 가장 크지만 b보다 조금 가볍다.
표면 중력은 질량이 클수록 강해지지만, 반지름이 클수록 약해진다. 질량이 늘어도 행성의 크기가 함께 커지면 표면 중력은 크게 달라지지 않을 수 있다. g의 표면 중력은 지구의 약 1.04배이고, 물체가 중력을 완전히 벗어나는 데 필요한 탈출속도는 초속 약 12.1km로 계산된다. 두 값 모두 실제 표면에서 잰 것이 아니라 질량과 반지름으로 계산한 값이다.
NASA가 g를 ‘슈퍼지구’로 분류하는 것도 크기와 질량에 따른 구분이다. 지구보다 큰 암석형 행성이라는 뜻일 뿐, 땅과 바다, 대기가 지구와 비슷하다는 뜻은 아니다. 평균 밀도 약 5.07g/cm³도 암석이 주성분일 가능성을 보여 주지만, 핵의 크기나 물의 양까지 정해 주지는 않는다.
g는 일곱 행성 중 반지름이 가장 크다. 하지만 표면 중력은 지구와 거의 같으며, 대기가 있는지는 아직 확인되지 않았다.
대기가 남아 있는지는 어떻게 알 수 있을까?
탈출속도는 물체가 행성의 중력에서 완전히 벗어나는 데 필요한 속도다. 하지만 대기가 얼마나 오래 남는지는 탈출속도 하나로 결정되지 않는다. 기체 분자의 무게와 상층 대기의 온도, 별에서 오는 자외선·X선과 입자 흐름, 행성의 자기장, 내부에서 새 기체가 공급되는 양이 모두 영향을 준다.
g의 탈출속도가 지구보다 조금 크다는 것은 다른 조건이 같다면 기체가 빠져나가기 더 어렵다는 뜻이다. 그러나 TRAPPIST-1은 강한 폭발이 자주 일어나는 적색왜성이어서 지구와 조건이 같지 않다. g에 자기장이 있는지, 내부에서 대기가 계속 공급되는지도 아직 측정되지 않았다.
Hubble 관측에서는 d·e·f에 수소가 많고 구름이 없는 두꺼운 대기가 없다는 결과가 나왔지만, g에 대해서는 같은 판단을 내릴 만큼 자료가 정확하지 않았다. 그렇다고 g에서 수소 대기를 발견한 것은 아니다. 당시 관측만으로는 수소 대기의 존재 여부를 가리지 못했다는 뜻이다.
액체 물이 있으려면 어떤 대기가 필요할까?
g는 중심별에서 약 700만km 떨어져 있으며, 지구가 태양에서 받는 에너지의 약 26%를 받는다. 거주가능지대의 바깥쪽에 있지만 궤도 위치만으로 액체 물이 있다고 판단할 수는 없다. 대기가 거의 없다면 표면 대부분이 얼 수 있고, 별을 계속 바라보는 쪽과 반대쪽의 온도 차도 매우 커질 수 있다.
3차원 기후 연구에서는 이산화탄소가 충분히 쌓여 온실효과를 일으키면 표면 일부에 액체 물이 존재할 수 있는 경우를 계산했다. 계산에 필요한 압력은 지구 해수면 기압의 몇 배에서 수십 배까지 크게 달라졌다. 구름의 양과 지표가 빛을 반사하는 정도, 질소의 양, 낮의 열이 밤으로 이동하는 정도를 어떻게 가정했는지에 따라 결과가 달라지기 때문이다. 이 수치는 모두 기후 모형의 조건이며 g에서 측정한 대기압이 아니다.
g가 늘 같은 면으로 별을 바라본다면 대기의 역할은 더욱 중요하다. 대기가 충분하면 밝은 쪽의 열을 어두운 쪽으로 옮길 수 있지만, 너무 얇으면 두 지역의 온도 차가 크게 벌어진다. 따라서 거주가능지대에 있다는 사실만으로 g의 기후를 알 수는 없다.
대기 신호는 어떻게 확인할까?
NASA가 2026년 1월에 정리한 자료에 따르면 Webb는 g를 관측했지만 분석 결과는 아직 나오지 않았다. TRAPPIST-1 표면의 어두운 얼룩과 폭발은 빛의 색에 따라 행성이 가리는 별빛의 양을 다르게 보이게 한다. 이 변화가 행성 대기에서 나온 것처럼 보일 수 있으므로, 별의 상태가 달라져도 같은 종류의 빛에서 같은 흔적이 반복되는지 확인해야 한다.
대기에 이산화탄소가 있다면 파장 4.3μm 부근의 빛이 뚜렷하게 줄어들 수 있다. 반대로 빛의 종류에 따른 차이가 거의 없다면 대기가 없는 경우, 대기가 매우 얇은 경우, 높은 구름이 아래쪽 대기를 가린 경우를 비교해야 한다. 행성이 내보내는 열을 관측해 밝은 쪽과 어두운 쪽의 온도 차를 재면, 대기가 열을 옮기는지도 따로 확인할 수 있다.
- 별빛 감소량 g가 별빛을 가린 정도로 반지름을 구했다.
- 통과 시각의 변화 일곱 행성이 서로 끌어당기는 정도로 질량을 구했다.
- 질량과 반지름 표면 중력과 탈출속도를 계산했다.
- 앞으로의 대기 관측 분자의 흔적이 반복되는지, 낮의 열이 밤으로 이동하는지 확인해야 한다.
TRAPPIST-1 g는 지구와 얼마나 닮았을까?
g의 반지름과 질량, 표면 중력은 지구와 비슷한 범위에 있다. 알맞은 대기와 충분한 온실효과가 있다면 액체 물이 존재할 수도 있는 궤도에 놓여 있다. 하지만 대기가 실제로 있는지, 압력과 성분은 무엇인지, 물은 얼마나 있는지, 표면 온도는 얼마인지는 아직 확인되지 않았다. 현재의 측정값은 g가 자세히 관측할 가치가 있다는 점을 보여 줄 뿐, 지구와 같은 환경이라는 증거는 아니다.
페이지에 보이는 바다와 얼음, 구름은 관측 사진이 아니라 이해를 돕기 위한 그림이다. 표면 중력과 탈출속도는 질량과 반지름으로 계산한 값이며, 대기와 액체 물, 생명체는 발견되지 않았다.
출처
- NASA Exoplanet Archive — TRAPPIST-1 g
- NASA Science — TRAPPIST-1 g Catalog
- The Planetary Science Journal — Masses, Radii, Densities and Dynamics
- Nature Astronomy — Hubble Atmospheric Reconnaissance
- Astronomy & Astrophysics — Climate and Volatile Models
- MNRAS Letters — Habitable Scenarios for TRAPPIST-1 Planets
- NASA Science — Webb Results for the TRAPPIST-1 System