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이번 노벨 물리학상은 '외계행성'을 처음으로 발견한 미셸 마요르, 디디에 쿠엘로 스위스 제네바대 교수가 우주론 대부인 제임스 피블스 미국 프린스턴대 명예교수와 함께 받았다. 외계행성 발견 공헌이 그만큼 큰 가치와 위상을 가지고 있다는 방증이다.

외계행성은 말 그대로 태양계 밖에 위치한 행성이다. 지구와 마찬가지로 태양과 같은 별(항성) 주위를 돈다. 옛날부터 외계행성이 존재할 것이라는 예상은 있었지만 실제로 이를 발견한 것은 마요르·쿠엘로 교수가 처음이다. 이들은 1995년 외계행성 '페가수스자리 51b(51 Pegasi b)'를 최초로 발견했다.

인류는 오랜 시간 천문학을 발전시켜 왔지만 20세기 말에야 겨우 외계행성을 발견할 수 있었다. 그만큼 어려운 일이었다. 항성은 스스로 빛을 내기 때문에 관측이 쉽지만 행성은 그렇지 않기 때문이다. 항성의 빛을 반사해 내지만 밝기 차이는 비교가 불가능하다. 지구에서 가까운 거리에 있다면 직접 촬영으로 발견할 수 있겠지만 매우 멀리 떨어져있는데다 대부분 주변 항성 빛에 묻혀 도저히 알아볼 수가 없었다.

그래서 나온 방법이 항성이 발하는 빛 파장 변화를 이용하는 것이다. 행성은 항성 주위를 공전한다. 이 과정에서 행성과 항성이 서로를 당기는 만유인력이 작용하는데 덩치가 큰 항성조차 미세하게 움직임을 보인다. 이 흔들림에 항성이 발하는 빛도 파장 변화를 보인다.

이른바 '도플러 효과'다. 구급차나 소방차가 우리를 향해 다가올 때와 스쳐 지나가 멀어질 때 사이렌 소리가 다르게 들리는 것도 도플러 효과에 따른 것이다. 도플러 효과를 기반으로 분석하면 실제로 항성이 흔들리는지 여부를 알 수 있다. 항성이 흔들린다면 주변에 행성이 존재한다는 뜻이다. 변화 정도를 따지면 행성 질량까지도 알 수 있게 된다. 마요르·쿠엘로 교수도 이 방법으로 외계행성을 탐색하는 단초를 찾았다.

이어서 나온 방법은 우주망원경으로 밝기 변화를 관측하는 것이다. 행성이 공전해 망원경과 항성 사이를 지날 때 관측되는 빛 양이 줄어드는 것으로 행성 존재를 밝혀낸다. 미항공우주국(NASA)의 케플러 망원경이 주역이다. 인류는 올해까지 4000개가 넘는 외계행성을 발견했는데 대다수가 케플러 망원경이 찾아낸 성과다.

케플러의 역할은 지난해 4월 발사한 테스(TESS)가 이어받았다. 테스는 케플러 망원경보다 관측 범위가 400배나 넓다. 케플러는 우주 한 방향만 보도록 설계된 반면에 지구 주위를 타원형으로 돌며 네개 방향을 본다. 케플러가 볼 수 있는 우주 영역은 0.25%에 불과했지만 테스는 85%를 확인할 수 있어 많은 기대를 받고 있다.

그동안의 이런 노력은 단순히 새로운 천체를 발견하기 위한 것이 아니다. 외계행성 존재는 지구 외에도 또 다른 생명체가 존재할 수 있다는 가능성을 찾는 주요 기반이다. 그렇기 때문에 실제 생명체거주 조건을 만족하는 '골디락스 행성'을 찾기 위한 노력이 계속되고 있다.

골디락스 행성은 생명체가 살 수 있는 조건을 만족하는 '골디락스 존'에 위치한 행성을 뜻한다. 해당 행성의 크기, 주변 항성 밝기와 온도, 항성과의 거리 및 궤도 등 다양한 조건을 따진다. 지구와 유사한 환경이라면 더할 나위 없다. 물론 이는 어디까지나 사람을 기준으로 둔 것으로, 우리가 받아들일 수 없는 조건에서도 생명체가 존재할 가능성은 있다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com

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