프록시마 센타우리 b

프록시마 센타우리 b는 어떤 행성일까?

프록시마 센타우리 b는 존재가 확인된 행성이다. 별을 약 11.18일마다 한 바퀴 돌며, 별과의 거리는 약 725만km다. 관측으로 알 수 있는 가장 작은 질량은 지구의 약 1.06배다. 그러나 이 행성이 별 앞을 지나가는 모습은 확인되지 않았다. 그래서 크기와 밀도, 대기와 표면은 아직 직접 측정하지 못했다. 질량이 지구와 비슷하고 거주가능지대에 있다는 사실만으로 지구 같은 행성이라고 판단할 수는 없다.

이 행성은 사진이나 별빛을 가리는 모습으로 발견되지 않았다. 행성의 중력이 프록시마 센타우리를 앞뒤로 조금씩 흔들면, 별이 지구 쪽으로 움직일 때와 멀어질 때 별빛의 색에 미세한 차이가 생긴다. 이 변화가 약 11.18일마다 되풀이됐고, 가시광선과 근적외선 관측에서 같은 주기가 확인됐다.

약 11.18일 프록시마 b가 별을 한 바퀴 도는 시간
약 725만km 별과 행성 사이의 평균 거리
지구의 약 1.06배 관측으로 알 수 있는 가장 작은 질량
지구의 약 64% 지구와 비교한 별빛 에너지

보이지 않는 행성의 질량을 어떻게 알 수 있을까?

프록시마 b가 별을 끌어당기면 별도 가만히 있지 않고 조금씩 움직인다. 지구에서 보면 별의 속도는 한쪽 방향으로 최대 초속 약 1.23m만큼 변한다. 연구진은 별빛의 미세한 색 변화를 이용해 별이 지구 쪽으로 오거나 멀어지는 속도를 잰다. 이 변화가 반복되는 시간과 크기로 행성의 궤도와 질량을 계산한다.

하지만 이 방법으로는 행성 궤도가 우리 눈에 얼마나 기울어져 있는지 바로 알 수 없다. 별이 지구 쪽이나 반대쪽으로 움직이는 속도만 잴 수 있기 때문이다. 따라서 계산 결과는 가능한 질량 중 가장 작은 값이다. 궤도가 많이 기울어져 있다면 실제 질량은 지구의 1.06배보다 클 수 있다.

별 표면의 흑점과 밝은 영역도 별빛의 색을 바꿔 행성이 있는 것처럼 보이는 신호를 만들 수 있다. 연구진은 별의 밝기와 자기 활동, 여러 종류의 빛에서 잰 속도를 함께 비교했다. 서로 다른 장비에서도 11.18일 신호가 되풀이되는지 확인한 결과, 프록시마 b는 후보가 아닌 확정 행성으로 분류됐다.

크기와 실제 모습은 왜 아직 알 수 없을까?

행성이 별 앞을 지나면 가려지는 별빛의 비율로 행성 반지름을 잴 수 있다. 프록시마 b에서는 이런 통과가 확인되지 않았다. 반지름을 모르면 질량을 부피로 나눈 평균밀도도 계산할 수 없고, 주로 암석인지 물이 많은지 두꺼운 가스층이 있는지도 구분하기 어렵다.

NASA 카탈로그에 표시된 지구의 약 1.02배라는 반지름은 직접 잰 값이 아니다. 질량이 비슷한 다른 외계행성들의 크기를 바탕으로 추정한 값이다. 페이지의 행성 크기와 표면 그림도 이 추정값과 가능한 여러 물질 구성을 바탕으로 만들었다. 바다·구름·대륙의 존재나 실제 색을 보여 주는 사진이 아니다.

프록시마 b에서 확인된 것은 공전 주기·궤도 거리·최소질량·받는 에너지다. 반지름·밀도·대기·표면은 아직 측정되지 않았다.

거주가능지대에 있다는 것은 무슨 뜻일까?

프록시마 b가 별에서 받는 에너지는 지구가 태양에서 받는 양의 약 64%로 계산된다. 열을 알맞게 붙잡는 대기가 있다면 표면에 액체 물이 있을 수도 있는 거리다. 이를 거주가능지대라고 부르지만, 실제 물이나 대기를 발견했다는 뜻은 아니다.

대기가 없다면 행성의 온도는 별빛을 얼마나 반사하는지, 낮과 밤에 열을 어떻게 내보내는지에 크게 좌우된다. 대기가 있다면 어떤 기체가 얼마나 있는지, 기압과 구름·바람이 어떤지에 따라 온도가 다시 달라진다. 카탈로그에 나온 약 218K, 섭씨 약 영하 55도도 실제 표면 온도가 아니다. 대기가 없고 열이 정해진 방식으로 퍼진다고 가정해 계산한 비교값이다.

행성이 별에 매우 가까워서 한쪽 면을 늘 별 쪽으로 향한 채 돌 가능성이 크다. 이런 움직임을 동주기 자전이라고 한다. 하지만 프록시마 b의 자전을 직접 측정한 것은 아니다. 동주기 자전을 하더라도 대기가 충분하면 바람이 낮 쪽의 열을 밤 쪽으로 옮길 수 있고, 대기가 없다면 두 면의 온도 차가 훨씬 커질 수 있다.

거주가능지대는 별과의 거리와 행성이 받는 별빛의 양으로 정한 범위다. 액체 물·산소·생명체·사람이 살 수 있는 환경이 확인됐다는 표시가 아니다.

강한 플레어 속에서도 대기가 남아 있을까?

프록시마 센타우리는 자외선과 X선을 강하게 내는 플레어를 자주 일으킨다. 에너지가 강한 빛은 대기 분자를 깨뜨리고, 일부 입자가 행성의 중력을 벗어나 우주로 빠져나가게 할 수 있다. 프록시마 b가 별에 가깝기 때문에 대기가 있다면 이런 현상이 오랜 시간에 걸쳐 큰 영향을 줄 수 있다.

2017년 NASA 연구는 프록시마 b의 실제 대기를 관측한 것이 아니다. 지구와 같은 대기·중력·자기장을 가진 가상 행성을 프록시마 b의 궤도에 놓고 계산했다. 높은 고도의 대기 온도와 기체가 빠져나가기 쉬운 정도를 다르게 정하자, 지구 대기 한 개 분량이 사라지는 데 걸리는 시간은 약 1억 년에서 20억 년까지 달라졌다. 출발 조건에 따라 결과가 크게 바뀐다는 뜻이다.

실제 프록시마 b가 처음부터 더 두꺼운 대기를 가졌는지, 내부 활동으로 기체를 보충하는지, 자기장이 있는지는 모른다. 반대로 대기가 현재 남아 있다는 증거도 없다. 따라서 “대기가 사라졌다”와 “지구 같은 대기가 있다”는 두 문장 모두 지금 관측으로는 확정할 수 없다.

별의 흔들림을 잰다 별이 앞뒤로 움직이는 변화에서 공전 주기와 가능한 최소질량을 구한다.
행성이 받는 별빛을 계산한다 별의 밝기와 궤도 거리를 이용해 지구와 비교한다.
별 앞을 지나는지 찾는다 통과가 보이지 않아 행성의 크기·밀도·대기를 직접 재지 못했다.
여러 조건으로 계산한다 가능한 대기·자전·자기장을 넣어 온도와 대기 손실이 어떻게 달라지는지 비교한다.
다른 방법으로 더 관측한다 별빛과 행성빛을 나누어 대기를 찾고, 별의 위치 변화로 실제 질량의 범위를 좁혀야 한다.

프록시마 b를 더 알아보려면 어떤 관측이 필요할까?

프록시마 b가 별 앞을 지나가지 않으므로, 행성 대기를 통과한 별빛을 재는 일반적인 방법을 쓸 수 없다. 행성은 별보다 훨씬 어둡고 하늘에서는 별 바로 옆에 붙어 보인다. 대기를 조사하려면 큰 망원경으로 별빛을 최대한 가리고 행성에서 온 빛을 나눈 뒤, 그 빛에 특정 기체가 남긴 흔적을 찾아야 한다.

별이 하늘에서 얼마나 움직이는지 정밀하게 재면 행성 궤도의 기울기와 실제 질량의 범위를 좁힐 수 있다. 별의 앞뒤 움직임을 오랫동안 관측하면 흑점·플레어가 만든 변화와 행성이 만든 변화를 더 잘 가려낼 수 있다. 프록시마 b는 지구와 같아서 중요한 것이 아니다. 가까운 별 주위의 작은 행성에서도 확인된 사실과 아직 계산에 의존하는 부분이 얼마나 다른지를 보여 주기 때문에 중요하다.