스페이스 클럽 유럽우주국(ESO)의 VLT는 먼 외계행성의 내부 바람층을 드러낸다.

[발사통제동]

유럽남방천문대(European Southern Observatory, ESO)의 초거대망원경(Very Large Telescope, VLT)의 4개 망원경 유닛에서 얻은 데이터를 사용하여 과학자 팀은 처음으로 외계행성의 대기를 들여다보는 데 성공했습니다. 또한 이 데이터를 통해 팀은 대기의 3차원 지도를 만들 수 있었습니다.

그 결과 대기 중에 강력한 바람이 불고 있음을 보여주었습니다. 이 바람은 철과 티타늄과 같은 원소를 운반하며, 이는 차례로 대기 전체에 독특한 날씨 패턴을 만듭니다. VLT의 관측은 천문학자들이 외계행성의 대기를 극도로 자세히 관찰할 수 있었던 최초의 사례입니다.

"이 행성의 대기는 지구뿐만 아니라 모든 행성에서 날씨가 어떻게 작용하는지에 대한 우리의 이해에 도전하는 방식으로 행동합니다. 공상 과학 소설에서 나온 것 같은 느낌이 든다"고 칠레 ESO의 수석 저자 줄리아 빅토리아 자이델(Julia Victoria Seidel)이 말했다.

https://youtu.be/5FAG95ixCuo

WASP-121b로 명명되고 공식적으로 Tylos로 명명된 이 외계행성은 고물자리에서 900광년 떨어진 곳에 있습니다. 2015년에 발견된 타일로스는 매우 뜨거운 목성 외계행성으로, 호스트 별에 매우 가깝게 공전하며 약 30시간(지구) 만에 한 바퀴(또는 1년)를 완료합니다. 타일로스가 숙주별에 매우 가깝다는 것은 대기의 한쪽은 별의 열로 인해 뜨겁고 다른 쪽은 매우 차갑다는 것을 의미합니다.

2017년, 틸로스는 태양계 밖에서 성층권에 물을 함유하고 있는 것으로 밝혀진 최초의 행성이 되었습니다. VLT의 최신 관측은 외계행성에 대한 이전 관측보다 대기 깊숙이 들여다보며 뚜렷한 층에서 바람을 드러냅니다.

"우리가 발견한 것은 놀라운 것이었다: 제트 기류는 행성의 적도 주위를 중심으로 물질을 회전시키는 반면, 대기의 낮은 수준에서는 별도의 흐름이 가스를 뜨거운 쪽에서 차가운 쪽으로 이동시킨다. 이런 종류의 기후는 이전에 어떤 행성에서도 본 적이 없습니다. 태양계에서 가장 강력한 허리케인조차도 그에 비하면 평온해 보인다"고 자이델은 말했다.

이 제트 기류는 지구의 절반에 걸쳐 있을 정도로 거대합니다. 제트 기류가 틸로스의 뜨거운 낮 쪽으로 건너가면서 기류는 속도를 내고 틸로스의 상층 대기를 격렬하게 휘젓습니다.

Tylos 내부의 다양한 바람 레이어의 움직임과 구조를 보여주는 그래픽. (제공: ESO/M. Kornmesser)

VLT의 관측을 통해 팀은 또한 외계행성의 대기에 대한 최초의 3차원 지도를 만들 수 있었습니다. Seidel 등은 특히 VLT의 ESPRESSO(Echelle Spectrograph for Rocky Exoplanets and Stable Spectroscopic Observations) 기기를 사용하여 VLT의 4개의 망원경 장치에서 수집한 빛을 하나의 단일 신호로 결합했습니다. 그런 다음 팀은 이 신호로부터 3차원 지도를 만들었습니다.

4개의 장치에서 나오는 빛을 결합하면 VLT를 사용하는 과학자들은 개별 망원경보다 4배 더 많은 빛과 더 희미한 세부 사항을 볼 수 있습니다. 예를 들어, ESPRESSO는 Tylos가 호스트 별을 가로지르는 한 번의 통과에서 외계행성의 대기 내에서 철, 나트륨, 수소를 포함한 여러 화학적 신호를 감지했습니다. 이러한 화학적 신호를 관찰함으로써 Seidel 등은 Tylos 대기의 깊은, 중간 및 얕은 층 내에서 그들의 위치를 추적할 수 있었습니다.

"VLT를 통해 우리는 한 번의 급습으로 외계행성 대기의 서로 다른 세 층을 조사할 수 있었습니다. 우주 망원경으로 수행하기에는 매우 어려운 종류의 관찰이며, 외계행성에 대한 지상 기반 관측의 중요성을 강조합니다." 라고 메릴랜드 주 볼티모

놀랍게도, ESPRESSO의 데이터는 Tylos의 대기에 있는 거대한 제트 기류 바로 아래에 티타늄이 존재한다는 것을 밝혀냈습니다. 틸로스에 대한 이전의 관측은 행성 내에 티타늄이 없다는 것을 암시했는데, 아마도 그 원소가 제트 기류 아래 행성 대기 깊숙이 묻혀 있기 때문일 것이다.

"우리가 그렇게 광대한 거리에 있는 행성의 화학적 구성과 날씨 패턴과 같은 세부 사항을 연구할 수 있다는 것은 정말 놀라운 일"이라고 룬드 대학과 ESO의 공동 저자 Bibiana Prinoth는 말했다.

연구팀의 결과는 외계행성 천문학에 흥미로운 일인데, 적절한 장비만 있다면 먼 곳에 있는 외계행성의 대기를 자세히 연구할 수 있다는 것을 보여주기 때문이다. 그러나 지구와 같은 외계행성의 내부 대기 작용을 밝히기 위해 과학자들은 훨씬 더 큰 망원경이 필요할 것입니다. 유럽우주국(ESO)이 곧 출시할 초거대망원경(ELT)은 지구와 유사한 외계행성을 직접 관측하고 그 특성을 심층적으로 연구할 수 있을 것으로 기대된다. ELT는 현재 칠레의 아타카마 사막에서 건설 중입니다.

"ELT는 외계행성 대기를 연구하는 데 있어 게임 체인저가 될 것입니다. 이 경험을 통해 우리가 지금 꿈꾸던 놀라운 것들을 발견하기 직전에 있는 것 같은 기분이 듭니다"라고 Prinoth는 설명했습니다.

자이델 등의 연구 결과는 2월 18일자 네이처(Nature) 저널에 발표됐다.

(리드 이미지: Tylos의 세 가지 주요 대기의 바람 층을 보여주는 그래픽. 출처: ESO/M. Kornmesser)

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