외계 행성 탐사

외계 행성은 중심별보다 훨씬 어둡고 별에 가까이 있어 직접 보기 어려워요. 그래서 행성 때문에 생기는 중심별의 작은 변화를 관측해 행성을 찾아요. 별이 흔들리며 생기는 도플러 효과, 행성이 별 앞을 지날 때의 밝기 감소, 별빛이 휘어 밝아지는 미세 중력 렌즈 현상을 3D와 그래프로 연결해 보고, 생명이 살 수 있는 행성의 조건도 따져 보세요.

이하은T 과학 실험실

끌어서 돌리고 휠이나 두 손가락으로 확대할 수 있어요 · 별과 행성의 크기, 거리, 흔들림은 실제보다 과장했어요

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외계 행성 탐사 방법 비교

	시선 속도 변화	식 현상	미세 중력 렌즈
관측하는 것	중심별 스펙트럼의 흡수선 파장 변화	중심별의 밝기 감소	배경 별의 밝기 증가
원리	공통 질량 중심을 도는 별의 도플러 효과 (가까워지면 청색 편이, 멀어지면 적색 편이)	행성이 별 앞을 지나며 별빛 일부를 가림	앞쪽 별(과 행성)의 중력이 뒤쪽 별빛을 휘게 해 모아 줌
잘 찾는 행성	질량이 크고 별에 가까운 행성	반지름이 크고 별에 가까운 행성	멀리 있는 행성, 질량이 작은 행성도 가능
알 수 있는 것	행성의 질량(최솟값), 공전 주기	행성의 반지름, 공전 주기	행성의 질량(별에 대한 비)
조건 · 한계	궤도면이 시선 방향과 나란할수록 잘 보이고, 수직이면 관측 불가	궤도면이 시선 방향과 거의 나란해야 함	두 별이 일직선에 놓이는 일은 한 번뿐이라 반복 관측 불가

공통 질량 중심

별도 흔들려요

별과 행성은 공통 질량 중심을 함께 돌아요
행성의 질량이 클수록 별이 크게 움직여요
별과 행성의 공전 주기는 같아요

도플러 효과

청색 편이와 적색 편이

별이 다가올 때 흡수선이 짧은 파장(파란색) 쪽으로
별이 멀어질 때 긴 파장(빨간색) 쪽으로
시선 속도 변화 그래프의 주기 = 행성의 공전 주기

식 현상

밝기 감소율

밝기 감소율 ≈ (행성 반지름 / 별 반지름)²
목성 크기 행성 약 1%, 지구 크기 행성 약 0.01%
케플러, TESS 우주 망원경이 이 방법으로 많은 행성을 찾았어요

생명 가능 지대

액체 상태의 물

별에서 받는 에너지가 알맞아 물이 액체로 존재할 수 있는 거리
질량(광도)이 큰 별일수록 멀고 폭이 넓어요
질량이 큰 별은 수명이 짧아 생명이 진화할 시간이 부족해요

생각해 보기

시선 속도 그래프에서 시선 속도가 (−)일 때 별은 관측자에게 다가오나요, 멀어지나요? 이때 흡수선은 어느 쪽으로 이동하나요?
궤도 경사를 0°(궤도를 정면에서 봄)로 바꾸면 시선 속도 변화와 식 현상은 어떻게 되나요?
식 현상에서 행성의 반지름이 2배가 되면 밝기 감소율은 몇 배가 되나요?
미세 중력 렌즈에서 배경 별이 렌즈 별에 가장 가까워질 때 밝기가 최대가 돼요. 행성이 있으면 그래프에 어떤 특징이 나타나나요?
질량이 태양의 2배인 별 주위에서 생명 가능 지대는 태양계와 비교해 어디에 있나요? 이런 별 주위 행성에서 생명체가 살기 어려운 까닭은 무엇일까요?