| 적외선을 통해 직접 관측한 HR 8799 행성계 |
1. 개요
外界行星 / Exoplanet, Extrasolar Planet태양이 아닌 다른 별(항성) 주위를 도는 행성을 부르는 말.
2. 연구 과정
2.1. 연구 초창기
수백 년 전부터 과학자들은 우리 태양만이 행성을 거느리는 주성이 아닐 것이라는 예상을 해왔다. 그러나 외계 행성들은 항성에 비해 너무 어두웠기 때문에 직접 이들을 관찰한다는 것은 불가능했다.현대적 항성 관측 기술이 진전된 20세기에도 행성 관측은 이론상으로만 가능한 일이었다. 왜냐하면 행성은 스스로 빛을 내지 못하고 단순히 항성이 낸 빛을 반사해서 빛날 뿐인데, 항성과 행성 사이 밝기 차이가 수억 배는 되다보니 수십 광년 떨어진 거리에서 이들을 감지해 내는 것은 거의 불가능한 일이기 때문이다.[1]
따라서, 외계 행성을 연구하는 방법은 직접적인 관측이 아닌 간접적인 증거를 통한 것일 수밖에 없다.
2.1.1. 외계 행성을 연구하는 방법
그렇다면 과학자들은 직접 외계 행성을 보지 않고도 어떻게 거기에 외계 행성이 있다는 것을 알 수 있을까? 여기서는 과학자들이 사용하는 여러 방법 중 대표적인 몇 가지를 알아본다.- 부착원반 관측
행성 형성 이론에 의하면 항성이 만들어지고 남은 물질들이 주변에서 부착원반을 형성하고, 이것이 모인 것이 행성이다. 따라서 부착원반이 있다면 행성이 형성 중일 가능성이 있다고 보는 방법이다. - 직접 촬영
가까운 항성계 속 거대 행성은 직접 촬영해서 발견할 수도 있는데, HR 8799계 소속 네 행성은 이렇게 발견되었다. 비슷한 방식으로 화가자리 베타도 직접 관측을 확인하였다. 한 때 포말하우트에서 가시광선을 통해 외계 행성이 발견되었다고 여겨졌으나 먼지구름을 착각한 것으로 결론났다. 2021년 2월에 기술적 한계를 넘어서 새로운 방법을 터득했다고 발표했다.
2.1.1.1. 위치 변화 측정
공통적으로 행성이 공전할 때 항성도 사실은 공통 질량중심을 중심으로 돈다는 것을 이용한다. 물론 항성은 매우 무겁기 때문에 질량중심은 항성 내부에 있지만, 약간이나마 발생하는 위치변화와 움직임을 측정함으로써 행성이 존재하는 지를 알아낼 수 있다.- 별의 빛의 파장 변화를 이용하는 방법
모든 두 천체 사이에는 서로를 당기는 힘인 '만유인력'이 있다. 이는 질량 차이가 매우 큰 별과 행성 사이 관계에서도 마찬가지이다. 즉, 얼핏 보면 별이 질량이 크기 때문에 행성을 일방적으로 잡아두고 있는 것 같이 보이지만 실제로는 행성도 별을 미세하게나마 끌어당긴다. 이러한 두 천체 사이 줄다리기의 결과는 서로 두 천체 사이 질량 중심을 축으로 원운동하는 것으로 나타난다. 즉 별도, 행성도 공통 질량중심을 중심으로 돌게 된다는 것이다. 예를 들어, 태양계 행성인 지구도 태양을 중심으로 원운동하는 것이 아니라 지구와 태양 사이 공통 질량 중심, 그러니까 태양 중심에서 약간 벗어난 곳을 중심으로 원운동하고 태양도 역시 이 점을 중심으로 공전한다. 그러나 이 공통 질량 중심은 태양 안에 있어 보통은 태양이 있는 자리가 질량 중심으로 근사되는데, 이는 태양이 혼자서 태양계 전체 질량 중 99.98%를 차지하는 무지막지한 질량을 지니기 때문이다. [2]
이 현상은 태양계 행성이 아닌 외계 행성에서도 마찬가지로 나타나게 된다. 즉, 항성들은 항성들에게 딸린 행성들이 끌어당기는 힘 때문에 위치가 고정되어 있지 않고 계속 변하게 된다. 그렇다면 이 항성을 지구에서 봤을 때 이 항성은 지구로 다가오는 것처럼 보일 때도 있고 지구로부터 멀어지는 것처럼 보일 때도 있을 것이다.[3] 그런데 도플러 효과에 의하면 어떤 물체 '∀'가 방출하는 파동(소리나 빛 따위)의 파장은 ∀가 멀어질 때는 늘어나게 보이며(적색 편이) ∀가 다가올 때는 줄어들어 보인다(청색 편이). 항성이 내보내는 빛도 파동이므로 이러한 영향을 받아서 파장이 실제 파장과 달라지게 된다. 그런데 이러한 항성의 운동은 '원운동'이므로 이러한 파장의 변화는 주기적이라고 추론할 수 있다. 따라서 별빛의 주기적인 파장 변화 사이클은 별빛을 내는 항성 주위를 도는 행성의 증거일 수 있다.
이러한 별의 빛의 파장 변화를 이용하면 행성의 유무 외에 행성의 공전주기, 궤도이심률, 질량의 최솟값을 결정할 수 있다. 예컨대, 도플러 효과에 의해 일어나는 파장 변화는 속도가 빠를수록 큰데, 속도를 빠르게 변화시키는 행성은 모항성에 대한 이 행성의 질량이 크다는 것을 의미한다. 다만 행성의 공전궤도면이 관측자의 시선방향에 비해 상당히 기울어 있다면 행성이 만들어내는 모항성의 실제 속도 변화보다 더 작은 시선속도 변화가 관측되는데, 시선방향에 대한 행성의 궤도경사각에 대한 정보는 일반적으로 얻기 어렵다.[4] 따라서 항성의 질량을 안다면 행성 질량의 최솟값을 알 수 있다. 또한, 파장이 반복되는 주기는 원궤도를 1회 운동하는 주기이므로 이는 행성의 공전궤도와도 관계된다. 또한 궤도가 완벽한 원일 경우에는 전형적인 사인파동 형태의 시선속도 곡선이 나타나고 이심률이 크다면 케플러 제 2법칙에 의해서 사인파동을 벗어난 형태의 시선속도 곡선이 나타나기 때문에 이를 통해 궤도이심률을 알 수 있다.
행성에 의한 시선속도 변화와 유사한 시선속도 변화를 만들 수 있는 현상으로는 항성 자체의 팽창 및 수축과, 항성 표면의 흑점에 의한 효과가 있다. 전자는 항성에서 같은 주기의 변광이 일어나기 때문에 변광 유무를 조사해 구분할 수 있다. 후자의 경우에도 역시 변광이 일어나 구분이 가능하며, 변광과 더불어 보통의 항성에서 볼 수 없는 표면의 강력한 자기 활동에 따른 효과인 방출선이나 플레어 활동에 따른 급격한 광도변화가 관찰되는 것으로 구분할 수 있다.* 위치변화 측정엄청난 정밀성이 필요한 방법으로, 행성의 공전으로 인해 항성의 움직임이 요동치는 것을 파장변화를 통해 관측하는 것이 아니라 직접 사진에서의 위치변화를 보는 것을 통해 관측하는 것이다.
2.1.1.2. 밝기 변화를 측정(행성통과변광성)
여러 가지 이유로 인해 발생하는 밝기의 변화를 측정하는 방법들이다.- 주기적인 항성의 특성을 이용하는 방법
주기적으로 신호를 내보내는 천체의 신호가 행성의 자전에 의해 교란이 발생하는 것을 측정한다. 가장 정확한 방법들 중의 하나인데, 대신에 중심별이 주기적인 신호를 방출하는 규칙적인 변광성이거나 펄서여야 한다는 제약이 있다. 즉 초신성을 겪어 깽판이 벌어졌던 행성이나 극히 제한적인 항성에만 적용 가능한 방법.(ex:PSR B1257+12) - 별의 일식 현상을 이용하는 방법
달이 태양을 가리는 일식 현상이나 태양계 행성이 태양을 가리는 현상에서는 관측자와 천체 사이의 거리가 비교적 가까우므로 관측자의 눈에는 태양의 일부분이 가려진 것처럼 보인다. 반면, 태양보다 훨씬 멀리 있는 별은 관측자에게는 매우 작은 점으로 밖에 보이지 않기 때문에 멀리 있는 별의 행성이 식 현상을 일으켰다면 우리의 눈에는 별의 일부분이 가려진 것처럼 보이는 것이 아니라 단순히 별의 빛이 잠시동안 줄어든 것처럼 보인다. 어떤 별의 광도가 줄어들었다가 곧 회복되었다면 별 가까이에 있는 무언가가(즉 '외계 행성'이) 별을 잠시 동안 가렸을 것이라고 추측할 수 있다.
그림은 외계 행성이 모항성을 가릴 때의 모습을 나타낸 것. 밑의 광도 그래프에서 볼 수 있듯이 모항성의 광도가 일시적으로 낮아진 것 같이 보인다.
이러한 별의 광도 변화를 이용하면 행성의 유무 뿐만 아니라 행성의 다른 특성들도 파악할 수 있다. 예컨대, 행성은 주기적으로 공전하므로 식의 주기성을 이용하여 공전주기를 알아낼 수 있다. 또, 광도가 많이 줄어든 것은 행성이 가린 부분의 넓이가 큰 것을 의미하므로 행성의 크기가 큰 것이다. 즉, 이를 통해 행성의 크기도 알 수 있다. 또한 빈도와 변화크기가 다른 것이 여럿이라면, 혹은 궤도간 간섭으로 주기가 어긋난다면 여러 행성이 있다는 것도 알 수 있다. 또한 이 행성 앞뒤로 약한 수준의 밝기 변화가 관측된다면 고리가 있다는 걸 예측할 수 있다.
가장 속편한 방법이라 할 수 있지만, 해당 행성의 항성에 대한 공전면이 지구에서 보는 각도와 일치하지 않는다면, 지구에서 관측할 때 행성이 항성을 가리는 일이 발생하지 않으므로 이 방법으로 밝혀낼 수 있는 행성의 수는 제한되어 있다. - 밝기 변화 측정
행성에 의한 항성의 움직임이 지구의 시선방향으로 움직일 때 사용하는 방법. 움직임으로 인한 거리변화로 밝기가 변하는 변광성을 측정한다. - 중력렌즈를 사용하는 측정
측정대상인 항성을 작은 중력렌즈로 사용해서 다른 별을 관측할 때, 측정대상인 항성계에 행성이 있으면 움직임 등에 의해 다른 별의 상에 교란이 발생하는 것을 측정한다. 다른 별이 없을 경우 측정에 제한이 있다. - 편광 측정
행성의 대기에 반사되는 빛에 편광이 일어나는 것을 측정한다.
2.2. 목성형(기체) 행성의 발견 및 의문 사항
본격적으로 행성이 발견되기 시작한 것은 1992년으로, 특이하게도 태양처럼 빛나는 보통 항성이 아니라 항성의 잔해라 할 수 있는 펄서 PSR B1257+12 주위에서 행성 세 개가 발견되었다.[6][7]태양과 같은 평범한 별을 도는 행성으로 최초로 발견된 것은 페가수스자리 방향으로 지구에서 약 50광년 떨어진 페가수스자리 51을 도는 페가수스 자리 51 b였다. 질량이 목성의 1/2 배인 이 외계 행성은 항성으로부터 불과 800만 킬로미터 밖에 떨어져 있지 않아 뜨겁게 달구어진 거대한 불덩어리여서 당시 천문학자들은 충격을 받았다. 그도 그럴 것이 지금까지 막연히 외계 행성은 우리 태양계와 비슷한 구조를 갖고 있을 것이라고 '상식적으로' 생각해왔기 때문이다.[8] 그러나 이후 같은 식으로 수많은 외계 행성이 51 b처럼 항성 바로 옆에 있는 것을 알게 되었고, 오히려 우리 태양계처럼 목성형 행성이 멀찍이 떨어져 있는 것이 희귀한 것이 아닌가라는 의구심까지 갖게 되었다.[9]
하지만 앞서 설명했듯이 '발견하기 쉬웠기 때문에' 초기에 많이 발견되었을 뿐, 우주 전체로 봤을 때 기체 행성들이 차지하는 비중이 어느 정도인지는 아직까지 미지수이다. 실제로 기술이 발전하면서 크기 및 질량이 작으며, 공전주기가 긴 행성들이 점점 많이 발견되고 있다.
만약 우리 지구인 기술력 정도의 외계인들이 우리 태양계를 관측한다면, 행성 4개 정도까지는 발견할 수 있을 것이다(목성, 토성, 천왕성, 해왕성). 그러나 작은 암석 행성 네 개가 항성 가까이에 또 있음을 알기까지는 제법 긴 시간을 필요로 할 것이다.[10] 그리고 그 작은 행성 넷 중 3번째에 자신들과 비슷한 생명체가 넘쳐나고 있음을 확정짓기까지는 좀 더 긴 세월이 필요할 것이다. 우리가 다른 항성계를 볼 때도 마찬가지인 것이다. 실제로 천문학자들은 가스 행성만큼 많은 숫자의 암석 행성들이 있을 것으로 보고 있다.
2.3. 연구 현황
외계 행성은 1995년에 처음으로 발견됐으니 생각보다는 오래되지 않았다. 1995년 이전에도 물론 외계 행성은 당연히 있다고 생각했지만, 당시의 관측 기술로는 찾아내기가 쉽지 않았다.[11] 그나마 1988년에 발견된 세페우스자리 감마 Ab가 있지만, 당시에는 데이터가 부정확하고 항성 자전에 따른 효과를 착각했을 가능성이 제기되어 인정받지 못하다가 2002년이 되어서야 공식 인정하게 되었다.1995년의 첫 외계 행성 발견 이후 그 발견 숫자는 급격히 늘어나 2024년 5월 현재 5,742개의 외계 행성이 등록되어 있다.[12] 이 숫자는 꾸준히 늘어날 것으로 보이며, 2014년 2월에 폭발적으로 그 수가 늘어났다. 그 이유는 밑의 케플러 망원경 문단으로.
2013년 10월에 2년간의 관측 결과 항성을 공전하지 않고 혼자 떠도는 목성형 행성을 발견했다. # 이런 행성을 떠돌아다닌다는 뜻에서 떠돌이 행성 또는 나그네 행성이라고 하고, 주변 다른 항성계에 영향을 미쳐 원래 있던 행성이 튕겨나간다든가 하는 난장판을 만들 수 있기에 깡패 행성이라고도 부른다.
사실 떠돌이 행성 또는 깡패 행성(Rogue Planet)이 발견된 사례는 이전에도 있었다. 무려 2002년에 발견되어 2004년에 공식 인정된 S Ori 70[13]이라는 천체가 있다. 이는 떠돌이 행성이 발견된 최초의 사례인데... 최근에는 해당 천체는 행성이 아닌 갈색왜성으로 보는 사람들도 있다. 표면 온도가 거의 1100도일 정도로 상당히 뜨겁기 때문. 그 정도로 뜨거우려면 행성이 최근에 외부적 영향으로 인해 매우 뜨거워졌다가 식고 있거나, 아니면 내부에 매우 강력한 열원이 존재해야 한다. 그래서 S Ori 70같은 경우에는 논란이 매우 많은 편이다.
2.3.1. 케플러 계획
2009년 3월부로 외계행성 발견을 목적으로 한 케플러 미션이 가동되었는데, 주목표는 지구 정도 사이즈의 행성들을 찾아내는 것이다. 이를 찾기 위해 행성 관측을 주 목적으로 하는 '케플러 우주망원경'을 우주에 쏘아 올렸다. 케플러 우주망원경은 2010년 1월 4일에 5개의 새로운 외계행성을 발견하는 것을 시작으로, 수명이 다한 2018년까지 4,000여개[14]의 외계행성을 찾아내었다.이제 남은 것은 이들 중 얼마나 많은 숫자가 지구와 유사한 환경인지[15]를 가려내는 것이다. 케플러 미션을 통해 처음 발견된 행성은 Kepler-10b로, 약 560광년 떨어진 곳에 존재한다. 크기는 지구의 1.4배, 질량은 지구의 4.8배 정도. 다만, 이 행성은 모성에 수성보다도 가까운 거리에 있기 때문에 표면온도는 약 1400도에 달할 것이라고 추정된다.
그런데, 케플러 우주망원경의 4개의 반작용 휠(Reaction wheel) 중 2개의 반작용 휠에 결함이 발생하여 더이상 정상적으로 쓸 수 없게 되었다. 우주의 한 방향으로 위치를 고정하려면 적어도 3개 이상의 반작용 휠이 필요한데 하나가 고장나버렸으니 어쩔 수 없이 임무를 종료하게 되었다. 하지만 NASA에서는 K2라 불리는 연장 미션을 계획했는데 이는 작동이 가능한 1번, 3번 반작용 휠과 태양광의 압력을 이용해서 망원경을 고정시키는 것이다. 2017년 지금도 잘 작동하고 있다.# 2018년 10월 30일, 마침내 임무 수행에 필요한 연료가 고갈됨에 따라 공식적으로 임무가 종료되었다.
2015년 7월 23일 NASA는 지구와 아주 유사한 '케플러-452b'를 발견했다고 발표했다. '또 하나의 지구' 발견
3. 생명체가 존재할 수 있는 행성
생명체의 존재 가능성이 있는, 또는 거주 가능한 조건을 만족하는 영역을 골디락스 존이라고 부르며, 골디락스 존에 속해 있는 행성을 '골디락스 행성'이라고 부른다.외계 행성을 연구하면서 얻어내고자 하는 성과는 단순히 '새로운 외계 행성을 발견했다!'정도에서 그치지 않고, '그 외계 행성에 생명체가 살고 있는가?' 나아가서는 '그 생명체가 인간과 소통할 수 있을 만큼 지적으로 발달되어 있는가?'와 같은 외계 생명체와 관련된 경우가 많다. 따라서, 외계 행성을 알아낼 때 그 행성이 생명체가 살 수 있는지 알아보는 것은 매우 중요하다. 이제부터 어떤 행성이 생명체가 살 확률이 높은지, 여러 가지 요소를 검토하여 알아본다.
이 예시들은 어디까지나 인간 기준으로, 미생물까지 범위를 넓히면 엄청난 극한 환경에 생존할 수 있는 극한생물들이 지구에만도 많기 때문에 100% 단정지어서는 안된다. 자세한 건 우주생물학 문서로.
3.1. 모항성의 밝기
일단 모항성은 적당한 크기로 빛나고 있어야 한다.모든 항성들은 가장 뜨거운 O부터 B,A,F,G,K를 거쳐 가장 어두운 M의 7개 분광형으로 나눌 수 있다. 우리 태양은 G에 해당한다. 이는 항성의 표면 온도에 따라 항성이 내보내는 빛의 색이 결정된다는 점을 이용한 분류법이다. 예를 들어, 지구에서 관측했을 때를 기준으로 O형 항성의 경우 청색을 띠며 표면 온도가 25,000K 이상이고, 태양이 속한 G형 항성의 경우 황색을 띠며 5,000~6,000K 사이의 표면 온도를 지니고 있다.
별 주위에는 '생명체 거주가능 영역'이라고 불리는, 생명이 태어나서 자라기에 적절한 온도가 형성되는 띠가 존재한다.[17] 보통 적당한 온도는 인간 기준으로 판단하는데 상하한선은 물의 끓는점과 어는점인 섭씨 100도~섭씨 0도 사이이다. 당연히 뜨겁고 밝은 별일수록 그 띠는 별로부터 먼 곳에 위치하고 있지만 폭은 넓다. 반대로 차갑고 어두운 별일수록 띠는 별로부터 가까운 곳에 있고, 그 폭은 좁다. 대충 태양의 6만 배 정도 밝기를 지닌 O형 항성의 거주가능 영역은 별로부터 100~1000 천문단위 거리는 되나 그 폭은 매우 넓고 태양의 수십 배 밝기의 A형 항성은 태양으로부터 3-6천문단위 거리, 우리 태양과 같은 G형은 태양으로부터 0.7~1.5천문단위 정도에 걸쳐 거주영역이 형성된다.[18] 태양보다 어두운 K형은 0.3~0.7 천문단위, 가장 어두운 적색왜성의 경우 0.3천문단위 이하 거리인데 예로 적색 왜성에도 가장 어두운 축에 드는 프록시마 센타우리의 경우 지구-달 거리의 5배인 150만 km에 불과하다.
별의 밝기에 따라 거주가능영역의 크기는 큰 차이를 보인다. 왼쪽 가장 큰 것이 A형 주계열성인 시리우스의 것으로 중심별로부터 5천문 단위(목성 정도 거리)에서 알맞은 온도가 형성되며, 그 폭도 매우 넓다. 두 번째는 센타우루스자리 알파에서 밝은 쪽(태양보다 약간 더 밝다)인 A, 세 번째는 태양 밝기 절반 정도인 B의 거주가능영역이다. 제일 오른쪽이 적색왜성 프록시마로, 육안으로 보기 힘들 정도로 작고 그 폭도 좁음을 알 수 있다.
3.1.1. 태양보다 더 크고 밝고 뜨거운 별
위 자료만 볼 경우 밝고 뜨거운 별일수록 골디락스 존이 넓어져 적당한 위치에 행성이 존재할 확률이 높다고 할 수 있다. 그러나 결정적인 문제는 어머니 별이 빛나고 타오를 수 있는 기간이다.항성은 밝을수록 에너지 소비 효율이 떨어져 수명이 급격히 짧아지게 되는데, 이로 인해 O형이나 B형 항성같이 너무 밝은 항성들은 금방 사라져 버리므로 생명체가 탄생할 시간적 여유가 없다. 지구는 지금으로부터 약 45억 년 전에 태어났고 이후 원시적인 형태의 박테리아가 생기기까지는 수억 년의 시간이 더 필요했다.
따라서 이러한 지구 생명체의 진화 기간이 보편적인 수준이라 가정하면 원시적 형태의 생명체가 탄생하고 번성하기 위해선 최소 수억 년의 시간동안 어머니 별이 일정하게 빛나야 한다.
이 조건을 만족하는 별은 A형 항성(시리우스, 베가, 포말하우트) 아래이다. O나 B형 항성은 불과(?) 수백만 ~ 수천만 년밖에 살지 못하기 때문에 생명이라는 것이 등장하기도 전에 그 행성을 파괴해버릴 것이다. A는 주계열성으로 살아갈 수 있는 기간이 최소 7억~30억 년은 된다는 점에서 이 별 주위에 행성이 존재한다면 박테리아 수준의 진화까지는 이루어질 것으로 추측된다. 그러나 보다 고등생물로 진화하기 전 적색 거성으로 변하여 행성의 생태계를 파괴할 것이다.
물론 이런 행성에서 살아가는 박테리아 수준의 생명체로도 학술적으로는 초유의 대발견이겠지만,
이는 어머니 별이 최소 수십억 년 이상 일정하게 밝기를 유지하여 자식 행성의 생태계가 멸망하지 않게 해줘야 한다는 의미로 이 조건을 만족하는 항성은 분광형상으로 차가운 F형 항성 이하만이 해당된다. 그 이상 뜨거운 별은 수억 년 이상 버틸 수 없다. 흔히 시리우스나 베가성에서 외계인이 우리를 방문하는 낭만적인 상상을 해보겠지만 이론상 그럴 가능성은 희박하다는 뜻이다.[19]
또한 O, B, A 같은 밝은 항성은 자외선, 감마선 같은 고에너지 복사파를 많이 내뿜는데, 이러한 고에너지 복사파는 생명체에게 치명적이다. 그나마 탄소 외에 생명체를 이룰 수 있는 가능성이나마 제기되는 원소인 규소로 이루어져 있다면 모르겠지만[20] 현대과학에서는 외계 생명체도 우리 인간과 같은 탄소 화합물 분자로 이루어져 있을 가능성이 높다고 본다. 이 유기체에게 있어 높은 에너지를 가진 감마선이나 자외선은 치명적인데, 그 이유는 이러한 높은 에너지의 복사파는 탄소 화합물의 화학 결합을 끊어 복잡한 유기체가 만들어지지 못하게 되기 때문이다. 그런데 별의 온도가 올라갈수록 이런 유해한 광선의 방출량이 기하급수적으로 늘어난다. 즉, 똑같은 온도가 형성되는 띠라도 뜨거운 별에서 나오는 자외선의 양이 차가운 별보다 훨씬 많다는 뜻이다. 따라서 이런 별 주위에서 생명체가 살 수 있으려면 행성이 자외선을 걸러주거나 생명체 자체가 높은 자외선에 저항할 수 있는 체제를 갖추어야 한다. 예를 들어, 두터운 물의 대기층이 자외선을 흡수하여 행성에 사는 생명체에 도달하는 자외선의 양을 줄여준다거나, 생물들이 자외선을 효과적으로 방어하기 위해 멜라닌 등의 색소가 풍부하게 분비되어 검은 빛을 띠고, 식물 등이 존재하더라도 초록색이 아닌 붉은색이나 과도한 에너지를 반사하기 위한 흰색의 잎을 가지는 경우 등이 있을 수 있다.
O, B형 항성은 생명체를 태워버릴 만큼 엄청난 양의 자외선을 내뿜기 때문에 두꺼운 오존층이 생성되더라도 뚫어버리며 오존층이 지상까지 형성되어 생명체에 유독하게 작용[21]하게 된다. 분광형 A형 항성은 위보단 덜하지만 오존층이 자외선을 충분히 막을 수 없으며 역시 오존층이 지상까지 형성되어 생명체에 유독하게 작용한다. 뜨거운 F형까지도 자외선의 위력이 너무 강하다. 분광형 F7의 차가운 온도, 즉 항성의 표면온도가 6250K을 넘어서면 불안정 요소가 서서히 생기기 시작하며 항성이 표면온도가 올라갈수록 불안정 요소는 더 커진다.
하지만 결정적으로 크고 뜨거운 별 주위에서는 '행성'이라는 것 자체가 생겨나기가 힘들다. 뜨거운 별은 복사압이 무지막지하여 항성풍의 속도가 우리 태양과는 비교도 되지 않게 빠르고 이런 '바람'은 행성의 재료가 될 먼지원반을 쓸어 날리듯 중력권 밖으로 흩어버려 뭉쳐지는 것을 원천적으로 차단한다. 설사 행성이 생겨났다 하더라도 표면에 산소나 수소와 같은 대기가 붙어있을 수 없는데 이는 강력한 항성풍이 이들 행성의 대기를 쓸어가면서 벗겨내기 때문이다. 이런 상황에서는 생명체가 살 환경 자체가 형성되지 않는다.
3.1.2. 태양보다 더 작고 어둡고 차가운 별
반대로, 태양보다 어둡고 차가운 별들을 살펴보자. 태양보다 어둡고 차가운 별의 분광형은 K형, M형 항성으로 구별할 수 있다. 이들이 생명체를 품는데 유리한 점은 일단 수효가 많으며 수명이 길다는 것이다.우주에 있는 수많은 별들 중 앞서 말한 태양보다 뜨거운 별이 차지하는 비중은 얼마 되지 않는다. 연구 결과마다 다르지만, 한때 '평범한 별' 내지는 '작은 별'이라고 배웠던 태양은 모든 항성 중 상위 '1%' 이내에 속하는 '제법 크고 밝은 별'에 속한다. 전 우주에 있는 나머지 99% 정도의 별은 태양보다 작고 가볍고 어두운 왜성이다.
또한 작고 차가운 별들은 태양보다 훨씬 오래 산다. 가장 어두운 L형[22] 적색 왜성이면 이론적 수명이 17조 년에 이르고 태양보다 좀 어두운 K형 별도 150~800억 년은 빛나기 때문에 우주의 역사에서 최후까지 타오르는 별의 종류가 될 것이다. 우리 지구에 미생물이 등장하는데 약 7억 년, 고등생명체 인간이 탄생한 것이 약 46억 년 걸렸다는 것을 감안하면 이들은 생명체 탄생과 진화에 필요한 시간은 충분히 준다.
그러나 이러한 장점을 덮고도 남는 부정적 요소들도 산재해 있다. 첫째로 이들 별은 작고 어두워서 생명체 거주가능 영역이 별에서 가깝고 폭이 좁다.[23] 이 좁은 폭 안에 행성이 형성되어 원형의 궤도를 그리고 있을 확률은 낮다. 다만 워낙에 어두운 별의 수가 많기 때문에 계산에 따르면 태양 비슷한 별 주위에 생명이 거주할 가능성이 있는 행성의 수효와 적색왜성 주위의 생명을 품을 조건이 되는 행성 수는 비슷하다고 한다. 따라서 생명체 탄생가능 영역의 협소함을 무지막지한 수효로 만회한다고 보면 된다. 어쨌든 그 수에 비해 생명체가 자라날 환경은 상대적으로 낮은 확률로 조성된다.
둘째로 어머니 항성이 태양보다 작고 어두워질수록 그 밝기의 변덕스러움이 심해진다는 문제가 있다. 좀 더 뜨거운 K형에서 G형으로 올라갈수록 안정적으로 광도가 유지되는 경향이 있는데 질량이 작은 적색왜성일수록 내부 평균 밀도가 높아지므로 항성의 자기장의 밀도가 높아져 폭발적인 플레어가 형성되기 때문이다. 가장 어두운 적색 왜성의 경우 종종 막대한 플레어 폭발이 일어나며 강력한 감마선과 X선을 행성에 날려보내는데, 만약 지구가 이 정도의 에너지를 직접 받으면 모든 생명체는 파괴된다. 심각한 핵 폐기물의 누출이나 원전 사고나 재처리 공장 사고가 발생하여 시간당 1Sv(즉 연간 9000Sv)의 방사선을 받아도 모든 생명체가 사라지는 불모의 땅이 되는데 이것의 100~3000배나 되는 방사선을 받으면 행성의 생명체가 끔살될 것이 뻔하다. 이런 척박한 환경에서 모든 생명체의 생존이 불가능하다. 다행히도 로스 128처럼 M형 저질량 항성임에도 불구하고 굉장히 안정적인 적색왜성도 존재한다. 이는 항성이 형성된 후 12억 년이 지나면 플레어의 위력이 점점 약해지고 밝기의 변동이 줄어들기 때문이다. 2021년에는 플레어의 영향이 예상보다 약할 것이라는 연구 결과가 등장했다. 태양과 같은 항성이 플레어를 적도 부근에서 내뿜는 것과 달리 슈퍼플레어가 관측된 적색왜성들은 극에 가까운 55도 이상의 위도에서만 플레어를 내뿜으며, 행성을 직격하기는 어렵다는 것이다. #
셋째로 차가운 별일수록 항성에 가까이 붙어야 액체 물이 형성되는데, 항성과의 거리가 짧아질수록 행성에 미치는 조석력도 점점 커지게 된다. 큰 조석력이 작용할 경우 행성의 자전에 영향을 주게 된다. 행성의 자전 속도는 느려지다가 결국 행성은 자전을 멈추고 공전과 자전주기가 일치되어, 마치 우리 달처럼 한쪽 면이 영원히 항성만을 바라보고 반대쪽은 영원히 어둠에 묻히는 결과를 가져온다.[24] 두터운 대기가 없다면 항성을 향한 면은 작열지옥이 되고 반대쪽은 얼어붙어 버릴 것이다.
넷째로 어두운 별일수록 빛의 파장대가 태양과 같은 가시광선이 아니라 적외선으로 기운다. 가시광선은 식물의 광합성에 필수적 요소이다. 적외선에 맞춰 생존하는 유기체가 얼마든지 존재할 수 있지만 그것은 단세포 생물체와 해저 생물체에 한정될 것이다. 즉 일반적인 생물을 볼 수는 없다는 것.[25]
다섯째로 작은 별일수록 전주계열 단계가 길다. 적색왜성의 전주계열 단계는 10억 년에 달하며, 전주계열 단계의 항성은 주계열보다 밝게 빛나는데, 주계열 단계에서 골디락스 존에 해당하는 위치에 행성이 있어도 행성계 생성 초기에는 과도한 복사에 노출되어 물과 대기를 빼앗길 수 있다.
무엇보다 가장 치명적인 문제는 자외선 차단이 불가능하다는 것. 차가운 항성이라도 자외선은 당연히 나온다. 또한 플레어를 내뿜으면서 방사선도 함께 나온다. 하지만 자외선이 부족하기 때문에 대기 상층 성층권 부분에 충분한 오존을 형성할 수 없다. 오존층이 형성되지 않으면 자외선이 그대로 들어오게 된다. 결국 적어도 단세포 생물체 이상은 생존이 불가능하다는 것이다. 오존층이 어느 정도 형성되려면 분광형 K1까지가 안정선이며 항성의 표면온도가 5100K 밑으로 내려가면 서서히 불안정한 요소가 생성된다. 이 온도에서 내려가면 내려갈수록 불안정 요소는 더욱 더 커진다. 물론 플레어의 방사선으로 인해 충분한 오존이 생성될 수 있다는 연구도 있다.
그 외에 항성이 너무 작으면 주위에 거대 행성이 있기 어렵다.[26] 거대 행성은 행성이 일정 이상의 질량과 중력을 지녀 주위의 기체까지 끌어모아 형성되는 것으로, 항성이 형성될 때 일정 크기 이상은 되어야 남은 나머지들로도 기체 행성이 탄생할 수 있다. 예시로 그 동안 목성은 다른 행성들처럼 태양이 형성되고 남은 물질들이 뭉쳐 형성된 것으로 여겨졌으나 그러기에는 태양의 자체적인 질량이 부족하고[27] 태양이 탄생하고 불과 500만년 후에 현재의 모습이 되었는 등 여러 요소로 인해 현재는 태양 이전의 항성의 잔재가 태양과 함께 탄생한 것으로 여겨지고 있다. 즉 태양조차 목성 정도 되는 행성은 자체적으로 못 만드는데 태양 이하의 항성들은 그 크기가 작을수록 기체 행성의 형성이 어렵다. 목성급 행성을 가지는 적색왜성계의 비율은 대략 50분의 1 또는 2% 정도이다. 그리고 이 문제는 후술할 '행성 간의 상호작용' 문제와도 얽힌다. 간단히 말해 태양보다 질량이 작은 별은 목성급 행성 자체가 드물어서 '선량한 목성'이 있을 확률이 낮다는 거다.
3.1.3. 결론
이와 같이, 중심 별의 온도는 행성의 온도, 수명, 자외선, 행성의 생성률 등 생명체가 살 수 있을 조건에 복합적인 영향을 주어 매우 크고 밝은 별도, 매우 작고 어두운 별도 그 근처에는 생명체가 살기 힘들다. 실제로는 태양과 비슷하거나 약간 낮은 정도의 온도를 가진 별(분광형으로는 차가운 F형 ~ 뜨거운 K형 정도)에서 생명체가 존재할 가능성이 가장 높다고 생각된다. 케플러 계획이나 세계 여러 외계행성 프로젝트의 관심도 이들 분광형 항성에 맞춰져 있다.현재는 이러한 항성의 표면온도와 안정적인 자외선량 적외선량, 가시광선의 양과 행성의 대기 분포와 안정적인 오존층의 형성 등을 종합해 본 결과 분광형 K1의 한부분인 5100K부터 분광형 F7의 한부분인 6250K까지가 안정권이다. 즉 5100K~6250K의 표면온도를 가진 항성이 안정적인 생명체를 품을 수 있으며 여기를 벗어나면 불안정요소가 증가하게 된다. 또한 이 정도의 표면온도를 가진 항성의 질량은 태양의 0.855~1.08배인데 태양의 50%~130% 양의 열을 뿜으니 항성과의 거리가 어느 정도 되어 조석고정을 걱정할 필요가 없으며, 수명도 75억 년에서 170억 년이나 되어 안정적이고, 항성의 밀도도 적당하기 때문에 플레어의 위험성도 없다.
3.2. 다른 항성과의 거리
주 항성과 다른 항성과의 거리가 얼마나 되는지도 매우 중요하다.은하계 중심부에서는 다른 항성과 어머니 항성과의 거리가 가까울 수밖에 없는데, 이것은 생명체에게 치명적이다. 다른 항성이 어머니 항성에 너무 가까이 접근할 경우 극단적으로는 두 항성이 충돌할 수도 있고, 스쳐 지나가더라도 행성 궤도를 뒤틀어버릴 위험성도 있으며 훨씬 더 먼 거리에서 지나치더라도 오르트 구름 영역을 뒤흔들어 무수한 혜성, 운석을 쏟아부어 천체 충돌을 일으킬 수도 있다. 이웃 항성 중에 너무 거대한 항성이 있다면 초신성이 폭발해서 감마선이 쏟아질 수도 있고, 중성자별이나 블랙홀이 접근할 수도 있기 때문이다. 특히 은하 중심부에는 초거대 블랙홀이 있기 마련인데, 블랙홀이 활성화되어 내뿜는 제트에 직격당한다면 생명이 문제가 아니라 행성이 초토화된다.
또한 나선팔에서는 별들이 활발히 생성되는 지점이 있는데 이 지점을 지나가다가 초신성 폭발을 맞을 수 있고 여기에서 나오는 방사선에 의해 엄청난 피해를 볼 수 있다. 초신성 폭발은 5광년 이내의 생명체는 싹쓸이해버릴 정도로 엄청난 위력을 발휘한다.
그렇다고 은하계 가장자리가 좋은 것도 아니다. 중심부에서 멀리 떨어지면 생명체에게 악영향을 끼치는 해로운 별과의 거리도 멀어지지만, 별들이 너무 적어져서 무거운 원소의 양도 줄어버리기 때문이다. 철보다 무거운 원소들은 초신성 폭발로 인해서만 생성되므로 초신성 폭발에 의한 영향을 받지 않는 은하계 주변부에서는 생명체에 필요한 원소들이 부족한 편이다. 생명체의 생존에 필수적인 무거운 원소는 철을 포함해서 총 29가지이다.
3.3. 행성 간 상호작용
'선량한 목성'이 존재하면 좋다. '선량한 목성'이란 궤도이심률이 작아 원에 가깝게 안정되어있고, 생물권 안에 있는 행성에 중력 영향을 끼치지 않으며, 외부[28]로부터 내행성들을 보호하는 거대 행성을 칭한다. 반대로 생물권에 자리잡은 행성을 항성계에서 쫓아내거나 흡수해 버리는 거대 행성을 '사악한 목성'이라고 부른다.목성, 토성과 같은 거대한 행성이 세 개 이상 생기면 이들 간 상호작용이 발생하면서 기체 행성 궤도가 뒤틀리게 되어, 한 기체 행성은 궤도 밖으로 튕겨져 나가고 이내 다른 기체 행성들도 흐트러진 궤도를 돌게 된다. 그 결과 남아있는 기체 행성들은 이심률이 매우 큰 타원 궤도를 그리게 되거나, 항성 가까이로 접근하면서 뜨거운 목성이 되어버린다. 그런데 거대 기체 행성이 항성으로 접근하면, 항성 주변을 돌고 있던 작은 행성들을 흡수하거나 튕겨내게 된다. 지구형 행성 역시 기체 행성에 흡수되거나, 아니면 항성계 밖으로 튕겨나가서 떠돌이 행성이 되어버린다.[29]
항성계에서 쫓겨난 행성은 항성으로부터 충분한 빛과 열을 공급받을 수 없으므로 얼어붙게 되며, 이런 천체에서는 생명체가 살 수 없다. 항성 주위에 남는 목성형 행성들도 불모지가 된다. 이런 상호작용이 일어난 후에는 기체 행성이 항성과 아주 가까운 궤도에 자리잡거나, 이심율이 매우 큰 궤도를 그리기 때문이다. 전자는 표면 온도가 1000도를 넘기에 생물이 살 수 없고, 후자는 기온변화가 극심하므로 역시 생물이 살 수 없다. 태양계에는 목성형 행성이 네 개 있지만, 천왕성과 해왕성 중 하나가 목성이나 토성 정도로 거대했다면 지구는 태양계 밖으로 튕겨졌거나 다른 큰 행성이 집어삼켰을 것이다.
또 이런 사악한 목성 주변에 행성이 있으면 또다른 문제가 생기는데, 사악한 목성으로부터 강한 조석력을 받을 가능성이 높다. 이 경우엔 지각이 내부부터 뒤틀리게 되어 지구와는 차원이 다른 지각 변동과 그에 따른 현상이 펼쳐진다. 액체로 이루어진 바다를 가진 행성이라면 쓰나미가 km 단위로 틈만 나면 몰아치고, 암석 표면을 가진 행성은 자고 일어나면 땅이 솟아오르거나 꺼져서 평야에서 에베레스트보다 더 높은 절벽이나 마리아나 해구보다 더 깊은 지하가 생기고 지진이 일어나는 동안 높이 수백 m 가량 패대기질쳐지는 일이 일상이 된다.
반면, 궤도가 안정된 거대 행성, 즉 선량한 목성이 외곽에 있다면 내행성들은 상대적으로 소행성 폭격을 적게 받는다.[30] 작은 천체가 항성계로 접근하면 거대한 행성은 그 막강한 중력으로 작은 천체를 끌어당기게 된다. 이로 인해 작은 천체는 '스윙바이'현상을 통해 도로 항성계 밖으로 튀어나가거나 거대 행성에게 흡수된다. 목성이 바깥 궤도에 없었다면 지구에 충돌하는 소행성은 지금보다 몇 배는 많았을 것이며 그만큼 안정적으로 오랜 시간 진화하기 힘들었을 것이다.[31]
대표적인 '선량한 목성'이 우리 태양계 안 목성과 토성이다. 태양계 생성 초기에는 중력 섭동으로 얼음행성들이 돌고 있는 궤도를 비틀어서 궤도 안쪽으로 날려보냈는데 내행성들은 이를 흡수해 성장했다. 지구 표면을 감싸는 그 많은 물들은 이 유산이다. 그리고 소형 얼음행성들이 거의 사라진 후에는 태양계 외부 소천체들이 날아오는 궤도를 꺾어서 지구 궤도까지 들어오지 못하도록 튕겨내거나 흡수하는 역할을 하고 있다. 현재에도 이 두 행성들이 소행성들과 충돌해 흡수하는 사례는 많이 관찰되고 있다. 그리고 궤도가 매우 안정되어 있어 태양계 내부에 있는 작은 행성들이 도는 궤도를 질서있게 유지시켜 준다. 여러모로 지구 생태계를 지켜 주는 든든한 보디가드이다.
3.4. 행성의 질량
행성 크기가 너무 작으면 대기가 형성되기 어려우며 너무 크면 주변 기체를 끌어모아 기체 행성이 되거나 금성과 같이 온실효과가 작렬하는 행성이 될 확률이 높다. 또한 자기권 유무도 행성 크기랑 큰 관련이 있다.생명체가 살기 위해서는 물을 포함한 다양한 성분이 행성에 존재해야 하고 이를 위해서는 행성에 자기장이 존재해야 하며, 자기장이 생기려면 행성이 적당히 커야 한다. 이는 행성이 적당히 커야 태어났을 때 갖고 있던 내부열을 잃어버리지 않아 지질활동이 지속되고, 중력도 적당하여 생명체가 사는 데 필요한 기체가 우주로 도망가지 않게 붙잡을 수 있기 때문이다.
위 조건을 만족하지 못한 대표적인 예시가 화성이다. 화성은 질량이 지구에 비해 1/10밖에 안 되어 내부활동이 지구처럼 오래 지속되지 못하고 식어버렸다. 그 결과 자기장이 미약해서 태양풍을 막을 수 없어 대기가 항성풍에 쓸려나가 불모지가 되었다. 다만 금성은 지구와 비슷한 크기였지만 자전속도가 과도하게 느리기 때문에 자기장이 생길 여력이 없어서 수증기를 거의 모두 잃고 말았다. 금성이 하루가 243일이라는 지극히 느린 자전주기와, 자전 방향이 반대라는 점을 생각해 봤을 때, 원래 지구나 화성처럼 제대로 된 행성이었지만, 어떤 이유로 무언가와 부딪혀서 자기장과 내부열을 잃고 지옥도가 된 지금 모습으로 변한 것 아니냐는 가설도 있음을 생각해보면 왜 내부열을 잃어버린 것인지 여부는 확실하지 않으나, 금성은 지구처럼 활발하게 지각변동이 일어나지 않아 물질 순환이 멈춰 있다.
혹자는 금성 - 지구 - 화성에서 벌어진 변화가, 실은 모두 비슷한 환경이었다가 거대 소행성이 각기 충돌한 뒤 일어난 변화라고 보는 주장도 있다.
- 금성: 충돌 후 자전속도에 영향을 주고 방향마저 바뀌어버려서 오늘날처럼 되었다.
- 지구: 화성만 한 원시행성과 충돌했으나 다행스럽게도 지구가 그 정도는 버텨낼 수 있었고, 비껴 맞고 충돌 후 발생한 잔해물로 달까지 얻게 돼 오히려 이득이 된 결과가 되어 오늘날에 이르렀다.(거대충돌설)[32]
- 화성: 충돌이 일어난 뒤 원래 크던 행성이 박살이 나서 작아져 버려 오늘날에 이르렀다.[33][34]
반대로 행성이 너무 크면 지질활동이 활발히 일어나 화산이 대량 형성될 뿐 아니라 그만큼 지각도 얇아지기 때문에 지진과 열 분출도 활발해진다. 또한 일정 수준 이상 커지면 처음 생겨날 때 수소나 헬륨과 같은 기체까지 끌어당겨 기체 행성으로 변화하다보니 지구형 행성과 같은 딱딱한 표면이 생겨날 수 없다.[35] 따라서 해왕성 질량과 지구 질량 사이를 슈퍼 지구로 명명하여 생명체가 살 수 있는 상한선 환경으로 보기도 한다. 이렇게 무거운 슈퍼 지구에 사는 생명체는 막대한 중력을 이겨내야 하기에 골격이 있더라도 지구 생명체보다 훨씬 굵으며 신장도 거대하게 자랄 수 없을 것이다.[36]
결국 안정적인 지질활동을 일으킬 수 있는 질량과 그리고 알맞은 중력을 가진 행성이 필요하다. 현재 연구 결과로는 이러한 행성이 가져야 할 질량은 0.96 지구질량 이상, 1.045 지구질량 이하로 보고 있다. 0.96 지구질량 이하로 떨어지면 내부 중심핵이 식으면서 일정 온도 이하로 내려가게 되어 자기장 형성이 불안정해지고 지질활동도 매우 불안정해진다. 또한 1.045 지구질량보다 커지게 되면 지질활동이 지나치게 활발해진다. 따라서 생명체가 활동하기에 최적인 행성 질량은 0.96~1.045 지구질량 범위가 된다.
3.5. 공전 및 자전운동
먼저, 모항성과 행성 사이 평균거리가 너무 튀면은 안된다. 과도할 정도로 모항성에 붙어있으면 홀라당 타버려서 대기가 날아갈 확률이 높고, 너무 멀면 모두 얼어붙어 겨울왕국 꼴이 나기 때문이다.행성 궤도가 골디락스 영역을 지나간다고 해도 근일점과 원일점 사이 조율이 안되면 생명이 살아가기 힘들다. 근일점이 너무 모항성과 붙어있다시피 하면 행성 표면상에 있었던 모든 물이 증발하여 작열하는 불지옥이 되고, 원일점이 너무 멀면 열을 못받아 물이 전부 얼어버려 눈덩이 지구와 흡사한 상태로 바뀐다. 이런 환경에선 설사 생물체가 적응해도 현재 지구 위 생명체들같이 복잡한 생물은 형성되기 어렵다.[37]
외계 행성 대부분은 지구보다 큰 타원형 궤도를 그리고 있다는 연구가 있다. 이에 따르면 지구 궤도 이심률이 원형에 가까운 0.02인데 반해 여러 외계행성 궤도이심률 수치들을 평균내면 0.25 정도로, 이는 외계 행성이 골디락스 존에 있더라도 잠시동안 머물렀다가 바깥으로 이탈하는 현상이 발생할 가능성이 높다는 의미다.
그러나 이는 크게 문제가 되지는 않는다. 일단 행성 형성 과정에서 원시행성과 원시행성계 강착원반 사이 각운동량 교환이 이루어지면서 대부분 행성 궤도가 원형에 가깝게 교정되며[38][39], 만약 교정이 잘 안되어 연교차가 크다 해도 근일점 - 원일점 사이 조율이 잘되었다면 G형 주계열성 행성계 기준 이심률 0.3 - 0.4 정도까지는 현재 인류를 포함한 지구상 대다수 생명체들에겐 아무런 문제도 없는 수준이다.[40][41] 이렇게 이심률이 클 경우 케플러 법칙에 따라 겨울이 여름보다 더욱 길어져 평균기온이 낮아지는 효과가 있으므로 장반경이 원형궤도에 비해 모성이랑 좀 더 가까워야 한다.
행성 자전축은 어느정도 기울어져 있으면 좋다.[42] 천왕성처럼 너무 기울어지면 극단적인 기후 변화가 일어날 수 있지만 기울어져 있지 않아도 발생하는 문제는 별로 없으며, 오히려 중위도 지역은 웬만하면 엄청나게 살기 좋아질 것이다.행성 자전 속도가 너무 느릴 경우 행성 내부 다이나모도 부실해지면서 지구 자기권같이 태양풍을 막아줄만한 강력한 행성자기장을 갖추지 못하여 이내 태양풍에 대기가 쓸려 나가 화성같이 바싹 마른 행성이 된다. 또한 자전속도가 너무 느려 하루가 1년보다 길어지면 열 순환 체계에 문제가 발생해 일교차가 극심해진다.
적색왜성을 공전하는 행성 대다수는 모항성에 가깝게 붙어있어서 조석 고정[43]된 상태인데 이는 낮 쪽 대기를 불안정하게 만드는 반면 밤 쪽은 얼어붙게 만들어 생명체 존재 구역을 크게 줄여버린다.
좌측이 조석 고정된 행성, 우측이 그렇지 않은 행성이고, 두 행성에 나타나는 구름 분포도이다. 정상적으로 자전하는 행성은 구름이 넓고 균일하게 퍼져있지만 조석 고정된 행성은 한 쪽에만 구름이 모여있는 기형적인 형태를 취하고 있다. 이는 한 곳에 열이 과도하게 집중된다는 의미다. 출처
스페이스 엔진으로 구현된 모습
행성이 품은 대기가 두껍고 바다같은 열 순환 체제가 활성화 되어있으면 이런 현상을 억제할 수는 있다.[44] 낮 쪽에선 물이 증발하여 거대한 폭풍우을 형성해 표면온도를 낮추고 밤인 부분까지 공기를 순환시켜 열을 퍼지게 할 수는 있지만 이 역시 한계가 있다. 이런 행성은 낮과 밤 간 경계 부분에 생명체가 존재할 확률이 높다.[45]
단, 해당 천체가 판도라처럼 외계 행성의 외계 위성이거나 이중행성이라면 주 행성 또는 동반 행성에 조석 고정된 상태에서 주 항성을 공전하기 때문에 낮밤이 생긴다.[46]
3.6. 쌍성/다중성
태양과 질량이 비슷하거나 그보다 무거운 항성들은 쌍성이나 다중성의 비율이 많지만 그 범위를 항성 전체로 확대하면 다중성계의 비율은 약 40%에 불과하다. 우주에 존재하는 항성들 중 가장 수가 많은 적색왜성은 단일 항성으로 존재하는 사례가 많기 때문.그런데 쌍성, 다중성 주변을 도는 행성에서 생명체가 서식할 가능성은 항성이 혼자 있을 때에 비하면 낮다. 생물이 거주할 수 있는 영역이 상대적으로 좁아지고 중력 섭동 현상으로 다중성계의 행성, 소행성, 항성 궤도가 교란되어 튕겨나가거나 충돌하기 때문이다. 특히 동반성 크기가 태양보다 8배 이상 무거울 경우 생명이 발생하기도 전에 초신성 폭발을 일으켜 바로 주변 행성들을 싹 다 개박살내주기 때문이다![47] 양쪽 모두 크기가 적당한 항성이어야 하고, 두 항성으로부터 적절한 거리를 유지해야 하는만큼 생명체가 생존할 가능성은 더욱 줄어든다.
참고로 항성이 여러 개이며 항성들이 가까이 붙어 있는 경우(예시로 알골계가 있다.)나, 쌍성이더라도 행성 궤도가 영 좋지 못할 때는 행성 주변 중력장 형태가 기괴하게 꼬이면서 행성이 카오스 운동을 하게 된다. 가장 단순한 다중성계인 쌍성계 같은 경우, 행성궤도에 비해 별이 가까이 붙어 있거나, 매우 멀리 떨어져서 공전한다면 행성에 가해지는 중력은 역제곱 중심력이 주도하여[48] 행성 궤도가 안정하지만, 두 별 거리가 행성궤도에 지나친 간섭을 줄 정도가 되면 행성은 카오스 운동을 하게 되고, 얼마 못 가 별에 충돌하거나 심우주로 튕겨지는 꼴을 맞게 된다. 쌍성계도 이 모양인데 그 이상 항성이 존재하는 경우 중력장이 더더욱 괴상해져 안정한 궤도를 그리는 행성들은 더더욱 줄어든다. 빛도 중력처럼 역제곱법칙을 따르니 당연히 골디락스 존까지 같이 꼬이는 건 덤이다.
3.7. 그 외
이외에도 많은 요소가 있다. 위키백과의 희귀한 지구 가설 문서도 참고하면 좋다.특이한 사례로는 외계 행성끼리 충돌하여 항성 주변에 그 흔적을 남긴 것도 있다. BD +20˚307이나 HD 172555 등이 있다.
3.8. 생명체의 존재?
액체 상태의 바다가 존재할 가능성이 가장 높은 외계 행성으로 태양에서 약 20광년 떨어진 위치에 있는 글리제 581 항성계의 행성인 Gliese 581 c, d, g를 꼽고 있다. 단 c의 경우는 서식 가능 지역에서 약간 안쪽에 있으므로, 구름층이 두꺼워야 한다는 추가 조건이 붙고, 반대로 d는 궤도가 커서 공전 주기 중 일부만 서식 가능 지역에 걸치므로 조금 회의적인 편.c의 경우 한때 금성과 같이 온실효과가 심할 것이라는 의견도 있으나, 2008년 발표된 논문에 의하면, 수증기를 포함한 구름이 70%이상 덮고 있으면 가능할 수도 있다는 결과가 발표된 바 있다.[49] d의 경우는 근일점에는 서식 가능 지역에 걸치나 원일점에는 벗어나기는지라 속단하기 힘들다고 한다.[50]
2010년 9월, 미국 카네기연구소에서는 글리제 581 항성계에서 6번째로 발견된 Gliese 581 g에 액체 바다가 있는 게 확실시된다고 발표했다. 이렇게 해서 글리제 581 항성계에 바다가 있을 것이라고 추정되는 행성은 세 개가 되었다.
단, 어느 행성이건간에 아직 데이터가 매우 부족하다. 게다가 말이 20광년이지 190,000,000,000,000km(190조 km)에 육박하며 보이저 1호의 속도로도 300,000년 가까이 걸리는 거리다. 연료의 무게 문제나 광속 이상으로 움직일 수 없는 등의 기술적 한계가 많아서 아직 이에 대한 충분한 자료를 얻을 수 없다. 그리고 위에서 살펴본 것과 같이 액체 상태의 바다는 존재하겠지만 아직 밝혀내지 못한 정보가 많기 때문에 생명체가 살 수 있다고는 속단할 수 없다. 비관적인 전망도 낙관적인 전망도 불가능한 상태이므로 너무 심각하게 받아들이지 말자.
2023년 9월, 제임스 웹 우주 망원경이 외계 행성 K2-18b의 대기를 분석한 결과, 수증기, 메탄, 디메틸 설파이드[51] 등 생명 활동의 징후로 추정되는 성분들을 발견하였다. 다만 해당 관측 데이터의 노이즈 등 변수들이 있어 디메틸 설파이드의 검출이 확정적인 것은 아니다.
4. 분류
4.1. 지구형 행성
지구처럼 철 등의 금속으로 이루어진 핵과 주위의 암석으로 이루어진 행성이다. 주로 고체인 지권의 구성 성분과 구조로 분류하며, 수권에 해당하는 표면 액체의 존재 여부와 구성 성분으로도 분류한다. 그 밖에 기권의 구성요소와 그 행성에 생물권이 존재할 수 있는지도 학자들의 주된 관심사다.태양계에서는 수성, 금성, 지구, 화성이 여기에 속한다.
- 지권의 구성 성분에 따른 분류
- 수권(또는 표면 액체)과 기권에 따른 분류
- 유사 지구
자세한 내용은 해당 문서로. - 슈퍼 거주가능(Super Habitable) 행성
지구보다 더 이상적인 환경을 가진 거주가능 행성이다. 바다와 육지의 비율이 적절함과 동시에 고르게 분포되어 있어 전체적으로 온화한 기후를 가지며, 사막이나 냉대기후 등 거주하기 어려운 지역의 비중이 낮다. 또한 대체로 상위 K형~하위 G형의 태양보다 약간 어두운 별을 모항성으로 두고있다. - 바다 행성
표면 전체가 바다로 뒤덮인 행성, 수천~수만 m 정도로 매우 깊은 바다로 이루어져 있고, 그 아래에는 높은 수압으로 인해 압축된 두꺼운 동소체 얼음층이 있다. 2004년에 천문학자 마크 쿠치너가 주장한 모델로, 물과 암석이 적절한 비율로 섞여 있고, 이 행성이 항성과 적절한 거리를 유지하며 공전할 경우 생겨난다고 한다. 핵과 맨틀은 철과 규산암으로 주로 구성된다. - 하이션(Hycean) 행성
수소로 이루어진 대기를 가진 바다 행성, 지구형 행성과 작은 목성형 행성 사이의 특징을 지닌다. 참고로 하이션은 수소(Hydrogen)와 바다(Ocean)의 합성어이다. - 메탄 행성
타이탄(위성)과 같이 표면에 액체 메탄으로 이루어진 바다가 있는 행성이다. - 암모니아 행성
이론상으로만 존재하는 행성, 액체 암모니아가 물을 대신한다. 지구와 유사한 기후를 가지나, 바다가 파란색이 아닌 갈색을 띨 것으로 추측된다. - 용암 행성
항성의 복사, 조석 작용, 또는 천체 충돌로 인한 열로 암석이 녹아 용암 바다를 갖게 된 지구형 행성이다. 지구형 행성이 형성될 때 매우 많은 양의 바위들이 서로 충돌하기 때문에 이 상태를 거친다.
- 크기에 따른 분류
- 슈퍼 지구(Super Earth)
지구보다 큰 지구형 행성, 천왕성이나 해왕성과 비슷한 크기인 것도 있다. 이 반경 범위의 행성을 밀도(반경)에 따라 상대적으로 작은 크기를 super-Earth, 더 큰 부류를 sub-Neptune으로 다시 분류하기도 한다. 그 기준은 연구자 사이에서 자주 사용되는 것 (예를 들어, 지구-해왕성 사이 크기의 외계행성 반경 데이터를 통계적으로 분석하면 나타나는 바이모달 분포를 이용하여 두 분류로 나누는 방법)은 있지만 세세하게 따지면 연구마다 다르다. 이들 행성의 내부 구조는 모성과의 거리와 형성 시나리오에 따라 다르다고 예측되며, 마그마로 가득한 화염 지옥인 행성도 있는 반면, 거리가 적당하면 지구처럼 대부분, 혹은 온통 바다로만 뒤덮여 있을 것이고, 멀리 떨어져 있으면 얼음으로 이루어져 있을 것이다. - 메가 지구(Mega Earth)
지구 질량의 10배 이상의 질량을 가진 행성, 일반적으로 목성형 행성이여야 하지만 암석으로 된 행성이다. 대부분의 메가 지구는 지구 질량의 10~25배 정도이나 드물게 목성급 질량의 메가 지구가 형성되는 경우도 있다.
- 기타 분류
- 화산 행성
목성의 이오(위성)와 같이 화산활동이 매우 활발한 행성이다.
- 이론적인 행성
- 무핵 행성
이론상으로만 존재하는 행성, 금속질의 핵이 존재하지 않는 행성이다. 형성되는 원인에는 크게 두 가지가 있다. 첫번째 원인은 물이 풍부하고 충분히 산화된 물질들이 모여 행성이 형성될 경우로, 이때 금속 철이 규산염 광물 결정에 묶여버린다.[52] 두번째는 행성을 이루는 재료가 물, 금속이 풍부한 물질로 이루어져 있을 경우. 이런 경우엔 금속 철이 물과 반응해 산화 철이 되고 핵이 만들어지기 전에 수소를 이탈시킨다. 철 입자들의 크기가 모두 작고 잘 섞여있다고 가정하면, 철이 산화해 맨틀에 고정되고 핵으로 가라앉지 못한다.
슈퍼지구의 경우 핵이 없음에도 불구하고 자기장이 존재할 수 있다. 지구보다 질량이 커서 내부 압력이 더 높고 온도도 높기에 굳이 층이 분리되지 않아도 대류 현상이 일어날 수 있다. 또한 무핵 행성은 핵이 있는 행성들과 큰 차이가 없기 때문에 구별하기가 어렵다. - 도넛(원환체)형 행성(Toroid Planet)
이론상으로만 존재하는 행성으로, 행성이 형성될 때 원반의 회전 속도가 높을 경우 도넛 형태를 가지게 될 가능성이 있을 것으로 추정된다. 일반적인 구형 행성보다는 불안정한 구조이므로 세월이 지나면 구형으로 붕괴될 것으로 예상된다.
4.2. 목성형 행성
수소(H2)와 헬륨(He) 같은 가벼운 원소를 주된 성분으로 갖는 행성으로, 크기와 질량이 지구형 행성에 비해 훨씬 크다.
태양계에서는 목성, 토성, 천왕성, 해왕성이 여기에 속한다.
이들 중 목성과 토성을 거대 가스 행성(Gas giant), 천왕성과 해왕성을 얼음 행성(Ice giant)으로 따로 나누기도 한다. 이는 행성을 이루는 물질과 행성의 내부 구조에서 아주 큰 차이가 있기 때문이다.
- 거대 가스 행성(Gas giant / Jupiter)
대기가 수소와 헬륨으로 주로 구성되어 있으며, 얼음 맨틀 없이 암석으로 구성된 핵이 있다. 대기권 아래에는 매우 큰 압력 때문에 압축되어 금속성을 띠는, 이른바 '금속 수소 바다'가 있을 것이라 추측된다. 목성과 토성이 여기에 속한다. - 뜨거운 목성형 행성(Hot Jupiter)[53]
항성과의 거리가 1/10AU 미만이며, 이름에 걸맞게 펄펄 끓고 있다. 일반적으로 질량에 비해 부피가 큰데[54], 워낙 행성이 뜨거워 대기권이 팽창해서이다. 모항성을 향한 면에서는 모항성의 빛을 받아 뜨거워진 대기가 대류 현상으로 높이 솟아올라 차가운 곳으로 맹렬히 몰아닥치게 된다. 반대로 차가운 쪽에서는 대기가 가라앉아 상대적으로 낮은 위치에서 뜨거운 쪽으로 폭풍을 이루어 이동한다. 보통 이 열폭풍의 속도는 시속 1000km 이상이며 수박 모양의 줄무늬를 만들어낼 것으로 추측되고 있다.[55] 이런 '뜨거운 목성'이 있는 항성계에서는 생명체가 존재할 수 없는데, 뜨거운 목성들은 '사악한 목성'으로 작동하여 생명이 존재할 수가 없으며 생명이 존재할만한 작은 행성들을 집어삼키거나 항성계 밖으로 쫓아내버리기 때문이다. 질량이 크고 공전주기가 짧은 이유로 가장 발견하기 쉬운 유형의 외계 행성이다. 최초로 발견된 외계행성인 페가수스 자리 51 b가 이에 해당한다. - 거주가능 목성형 행성
항성의 골디락스 존을 공전하는 목성형 행성이다. 행성 자체에는 지구와 같은 생명체가 살기 어렵겠으나 이들 주변의 외계 위성에는 생명이 거주할 가능성이 있다. - 슈퍼 목성(Super Jupiter)
목성보다 높은 질량을 가지나 가진 질량이 목성의 13배 미만이여서 갈색왜성이 되기에는 부족한 목성형 행성이다. 준갈색왜성으로도 불린다. 일반적으로 목성과 비슷한 크기를 가지며, 밀도 또한 높다. 강한 중력으로 인해 가스가 압축되기 때문이다. - 무운(Cloudless) 행성
구름이 전혀 없는 목성형 행성. WASP-96b가 이러한 경우이다. - 헬륨 행성
대기 성분에서 수소보다 헬륨의 비중이 높은 가스 행성이다. - 슈퍼 토성(Super Saturn)
토성보다 훨씬 큰 고리를 가진 행성이다. 생성된지 얼마 되지 않아 행성 주변의 암석과 먼지들이 정리되지 않았거나, 모종의 사유로 다수의 위성 혹은 다른 행성이 접근해 파괴되었을 때 생성될 수 있다. 행성의 질량에 비해 가려지는 빛이 많음을 통해 고리 유무를 검출 가능하다. J1407b가 이러한 경우이다.
- 거대 얼음 행성(Ice giant / Neptune)
대기는 수소와 헬륨으로 주로 구성되나, 부피의 대부분을 차지하는 '얼음 맨틀'을 가진 행성. 얼음 맨틀은 주로 메탄(CH4), 암모니아(NH3), 물(H2O) 등으로 이루어진다.[56] 대기 중에 메탄이 많으면 산란이 일어나면서 적색광을 흡수해 푸른 빛을 띤다. 천왕성, 해왕성이 여기에 속한다. - 미니 해왕성(Mini Neptune)
해왕성보다 질량이 작은 목성형 행성들을 일컫는다. 기체 왜행성(Gas Dwarf)으로 불리기도 한다. - 뜨거운 해왕성형 행성(Hot Neptune)
뜨거운 목성형 행성과 유사하나, 크기가 작아 천왕성이나 해왕성 수준인 행성을 말한다.
- 이론적이거나, 가스 행성으로서의 특징을 잃은 목성형 행성
4.3. 떠돌이 행성
| 얼음 밑의 외계 생명체 – 떠돌이 행성의 생명[59] |
자세한 건 문서 참고.
5. 각종 기록들
5.1. 최초 관련
최초의 XXX들- 최초로 발견된 외계 행성: 세페우스자리 감마 Ab(1988년 발견, 2002년 인정)
- 최초로 인정된 외계 행성(공동 기록): PSR B1257+12 B, C(1992년)
- 최초로 인정된 일반 항성을 공전하는 외계 행성: 페가수스 자리 51 b
발견 방법에서의 최초
최초의 외계 행성계(다중성 포함)
- 단 하나의 모성으로 구성된 행성계에서 발견된 최초의 외계 행성(공동 기록): 최초 인정 기록과 동일
- 모성이 없는 최초의 외계 행성[60]: S Ori 70(S Ori J053810.1-023626)
- 다성계에서 발견된 최초의 외계 행성: 게자리 55 b
- 발견된 최초의 쌍성계 바깥을 도는 행성: PSR B1620-26 b - 1993년에 발견되었으나 2003년에 와서야 인정되었다.
- 발견된 최초의 2개 이상 항성을 도는 행성'들'[61]: 케플러-47 b, c - 이 두 행성이 발견된 후 1년 뒤 똑같은 조건으로 공전하는 행성 d도 발견되었다.
- 구상성단에서 발견된 최초의 외계 행성: PSR B1620-26 b - 메시에 4에서 발견되었다. 또한 현재로서는 해당 기록 유일 타이틀도 보유하고 있다.
- 쌍성계에서 구성 항성 모두가 각자 행성계를 이끌고 있는 사례 중 최초로 발견된 것: HD 20781과 HD 20782 쌍성계 - HD 20781에서 행성 2개, 20782에서는 1개가 발견되었다.
- 쌍성계에서 구성 항성 2개 모두 주위를 공전하는 사례 중 구성 항성이 주계열성인 최초의 사례: 케플러-16 b - K형 주계열성과 M형 주계열성으로 구성
- 3성계에서 발견된 최초의 외계 행성: 백조자리 16 Bb[62]
- 4성계에서 발견된 최초의 외계 행성: 케플러-64 b(또는 PH1b)
- 4성계에서 항성 1개만의 주위를 공전하는 외계 행성 사례 중 최초로 발견된 것: 양자리 30 BA b - 2009년에 발견된 당시에는 4성계임이 알려지지 않았으나, 이후 2015년에 4성계에서 발견되었음을 확인하게 되었다.
5.2. 최고 관련
- 가장 가까운 곳에서 발견된 외계 행성: 프록시마 b, c - 4.22 광년 거리에 위치한다. 동시에 가장 가까운 다중 행성계이기도 하다.
- 가장 먼 곳에서 발견된 외계 행성: OGLE-2005-BLG-390Lb - 21500 ± 3300 광년 거리에 위치한다.
6. 외계 행성 또는 외계 행성의 항목이 있는 항성 및 갈색 왜성 목록
6.1. 외계 행성
6.2. 항성
- 고래자리 타우
- 글리제 581
- 글리제 667
- 글리제 832
- 글리제 876
- 글리제 1132
- 센타우루스자리 알파
- 에리다누스자리 엡실론
- 폴룩스
- 포말하우트
- 프록시마
- HD 164595
- HR 8799
- PSR B1257+12
- HIP11915
- HD 219134
- 케플러 452
- 에리다누스자리 82
- TRAPPIST-1
- 산수나
6.3. 갈색 왜성
7. 창작물 속의 외계 행성
SF, 스페이스 오페라, 판타지 등의 창작물에서는 외계 행성이 정말 많이 나온다. 아래는 그 일부.- 가면라이더 시리즈
- 가면라이더 스트롱거 - B26 암흑 성운
- 가면라이더 가이무 - 메가 헥스
- 가면라이더 빌드 - 블러드 성
- 건담 빌드 다이버즈 Re:RISE - 엘도라
- 나의 지구를 지켜줘 - 대모성, 시아, 세다, 카야
- 나이트런 - 나이트런/성계와 행성 중 지구, 목성, 화성을 제외한 나머지
- 닥터후 - 미드나이트, 갈리프레이, 스카로, 몬다스, 트렌잘로어 등
- 데드 스페이스 시리즈 - 이지스 7, 타우 볼란티스, 문
- 덴마 - 덴마/행성(가이아, 네게브, 모압, 아오리카, 우라노, 칼번, 테라 포함)
- 드래곤볼 - 나메크 성, 행성 베지터
- 듄 - 칼라단, 기에디 프라임, 아라키스
- 마블 코믹스 - 에고 더 리빙 플래닛
- 메이플스토리 - 그란디스 월드를 구성하고 있는 행성들(판테온, 헬리시움, 미우미우, 새비지 터미널, 베르딜, 청운, 리스토니아)
- 미소녀 전사 세일러 문 시리즈 - 네메시스, 타우 성계, 금목성
- 보더랜드 시리즈 - 판도라
- 시드 마이어의 알파 센타우리 - 카이론
- 솔라리스 - 솔라리스
- 슈퍼전대 시리즈
- 비밀전대 고레인저 - 흑십자성
- 초전자 바이오맨 - 바이오 별
- 전격전대 체인지맨 - 기라스 성, 아마조 성, 나비 성, 아만가 성, 리겔 성, 히스 성, 교다이 성
- 초신성 플래시맨 - 플래시 성
- 지구전대 파이브맨 - 시돈 행성
- 초력전대 오레인저 - 바라노이아 성
- 격주전대 카레인저 - 혹성 해저드, 판벨트 별, 폴리스 성
- 해적전대 고카이저 - 우주제국 잔갸크 본성
- 임금님전대 킹오저 - 치큐
- 스타워즈 시리즈 - 행성들
- 스타트렉 시리즈 - 외계 행성들이 정말 많이 나온다. 태양계, 벌컨(에리다누스자리 40 행성계), 라이사(Risa), 크로노스, 로뮬러스, 안도리아, 텔라 등.
- 스타크래프트 시리즈 - 스타크래프트 시리즈/등장 행성 문서로. 대표적으로 코프룰루 섹터 등이 있다.
- 스타☆트윙클 프리큐어 - 호시조라계
- 아바타 시리즈 - 폴리페모스
,판도라[63] - 울트라 시리즈 - M78 성운
- 워크래프트 시리즈 - 아제로스, 드레노어 → 아웃랜드, 아르거스 등.
- 유희왕 - 웜 제로
- 은하영웅전설 - 은하영웅전설/지명
- 은하철도 999 - 은하철도 999/등장 별
- 인터스텔라 - 인터스텔라/천체
- 카드파이트!! 뱅가드 - 혹성 클레이
- 카오스 워킹 - 뉴월드
- 트랜스포머 - 사이버트론&유니크론
- 트레이스(웹툰) - 트러블 세계(르도완)
- 파이널 판타지 14 - 하이델린
- 프로메테우스, 에일리언 시리즈 - 칼파모스
,LV-426, LV-223[64] - 피크민 시리즈 - 호코타테, 코파이
- 히로익 에이지 - 오론
- DC 코믹스 - 오아, 쿼드(DC 코믹스), 모고
- Warhammer 40,000 - Warhammer 40,000/은하, 인류제국의 행성 분류
8. 관련 문서
9. 같이 보기
[1] 지금은 아예 불가능한 것은 아니다. 실제로 적외선을 통해 직접 발견되는 행성이 없는건 아니지만, 현실적으로는 가스행성급이나 되어야만 가능하다. 물론 이것은 21세기 현대 과학기술이 발전하면서 간신히 발견한 것이지, 20세기 초중반이면 불가능하다.[2] 지구는 계산에 끼지도 못한다. 나머지 0.02%도 대부분이 목성이 보유한 질량이기 때문. 덕분에 대부분은 궤도 계산 시 이 공통 질량 중심이 태양 중심부가 자리잡은 지점과 일치한다고 근사해도 큰 무리가 없다.[3] 문제를 단순화하기 위해 별의 다른 운동은 모두 무시하였다.[4] 만약 외계행성에 의한 모항성의 식 현상이 관찰된다면 기울기가 매우 작은 값이 되며, 광도곡선 분석을 통해 더 정확한 궤도경사각을 결정할 수 있다.[5] 예를 들자면, 통과법으로 행성을 찾은 상태에서 질량, 밀도를 구하기 위해 시선속도 변화를 분석한다.[6] 처음에는 두 개만 찾았고 나중에 작은 행성을 하나 더 찾았다.[7] 이 발견 사실이 발표되기 직전에 다른 연구팀이 역시 펄서 주위를 6개월 주기로 공전하는 행성을 발견했다고 발표했는데 공전주기가 6개월이라는 점 때문에 지구 공전으로 인한 오류가 아니냐는 지적을 받고 다시 분석한 결과, 펄서의 주기를 계산하는 프로그램이 지구 궤도가 타원임을 고려하지 않아 생긴 오류로 밝혀져 발견 사실이 철회된 일이 있었다. 그런데 하필이면 그 철회 발표 다음 발표 순서가 펄서 주위를 도는 행성 2개를 발견했다는 발표여서 참석자들이 상당히 놀랐다고 한다.[8] 무거운 원소들이 태양계 안쪽에 집중돼서 암석 행성을, 상대적으로 가벼운 원소들이 바깥에 더 몰려서 기체 행성들을 만들 것이라고 추측한 것.[9] 목성의 나이를 계산해보면 목성은 태양으로부터 형성된 행성이 아니라, 태양과 함께 형성된 천체다.[10] 만약 지구에서 볼 때 황도대에 있는 별에 사는 외계인이라면 식 현상을 이용해 지구와 금성은 비교적 쉽게 찾을 수 있을 것이다.[11] 그래서 1995년 이전에 외계 행성을 찾는 데에 몰두한 학자들은 학계에서 외계인을 찾는 사람들과 비슷한 취급을 받기도 했다고 한다. 그러다 1980년대 들어서 가스셀을 이용해 분광 데이터에 인공적인 흡수선을 만들어 시선속도 측정의 정확도를 크게 향상시키는 방법이 고안되어 목성 정도 질량의 행성에 의한 시선속도 변화를 충분히 검출할만한 정밀도가 확보된 이후에는 오랜 기간 관측하면 외계 행성을 발견할 수 있을 것이라는 예측이 확산되었지만, 페가수스자리 51b를 발견하기 전까지는 뜨거운 목성(hot Jupiter)의 존재를 전혀 예상하지 못했기 때문에 앞으로 수십 년은 관측을 지속해야 겨우 외계 행성을 발견할 수 있을 것이라는 판단이 지배적이었다.[12] The Extrasolar Planets Encyclopaedia에서 발췌[13] 정식 이름은 S Ori J053810.1-023626이다.[14] 이후, 자료 검토를 통한 추가 발견 포함[15] 암석형 행성, 표면온도, 물의 존재, 대기의 존재 등등[16] 출처: 위키피디아 항성 분류[17] 이 골디락스 존에 대해서는 지나치게 인간을 중심으로 했다는 말이 있긴 하나 애초에 이런 기준조차 없다면 소행성 하나하나마다 생명체가 있는지 뒤져야 할 판이다.[18] 태양 역시도 골디락스 존 범위는 0.7 AU~1.5 AU 정도다. 다만 태양쯤 되면 우주에서도 꽤 크고 아름다운 별에 속하는데 그런데도 골디락스 존이 저정도면 골디락스 존이 넓은 별은 결국 얼마 존재하지 않는다는 의미가 된다.[19] 가능성을 진짜 상상해본다면 아예 지구형 생명체와는 전혀 근본적으로 다른 체질의 외계인이라던가 시리우스나 베가성이 아닌 다른 별을 고향으로 둔 외계인이 시리우스나 베가성에 있는 행성을 테라포밍한 후 거기서 다시 지구로 오는 방식이다. 물론 이 정도면 인류 문명은 '따위'로 보일 정도로 고차원적인 문명을 지녔다고 할 수 있겠지만.[20] 애초에 규소 기반 생명체라면 생명권의 정의 자체가 전혀 달라진다. 규소가 선택적 결합을 하면서 복잡한 구조를 이룰 수 있다고 여겨지는 온도는 섭씨 -150도 근처이다. 그들이 사는 환경은 메탄, 암모니아, 액체 산소의 바다같은, 우리의 상상과는 다소 다른 것일 것이다.[21] 오존 역시 생물에게 유해한 물질이다.[22] 태양 질량 0.07~0.08배의 항성들은 M보다 아래인 L 분광형을 가지는 것이 가능하다. 한때 가장 작은 별로 알려졌던 2MASS J0523-1403이 대표적이다.[23] 당장에 태양만 해도 골디락스 존의 범위가 대략 금성~화성 정도, 즉 태양 기준으로 1억 1천만 킬로미터에서 2억 3천만 킬로미터 떨어진 범위에 지나지 않는다. 허나 태양 질량의 31%밖에 되지 않는 글리제 581은 골디락스 존이 수성의 공전궤도보다도 안에 존재할 정도로 가깝고 좁다. 극단적으로, 발견된 항성 중 가장 어두운 2MASS J0523-1403의 경우 불과 176만 km 전후에 불과하다.[24] 지구만 하더라도 75억 년 후면 자전이 멈출 것이라고 한다.[25] 다만 이는 지구 생명체 기준이며, 외계 생명체의 다양성을 고려하면 이 건은 큰 문제가 아닐 수도 있다. 만일 이러한 행성에서 진화한 식물이 있다면 빛을 전부 흡수하기 위해 어둡고 검은색의 색소를 가질 것으로 예상된다.[26] 정확히는 천왕성, 해왕성 같은 거대 얼음 행성이 아니라 목성, 토성 같은 거대 기체 행성을 의미한다.[27] 토성조차 태양이 겨우 만들어냈다는게 주된 견해라고 한다. 즉 태양이 만들 수 있는 행성은 토성이 한계였다.[28] 대표적인 예로 멀리서 날아오는 소행성.[29] 중심별에서 일정한 거리를 유지하며 공전하면 그 거리에 있는 천체들만 모두 흡수하거나 튕겨내지만 타원궤도로 돌면 중심별에서의 거리가 계속 달라지므로 모든 거리에 있는 행성들을 모두 튕겨내 버리는 것이다.[30] 1994년 목성에 슈메이커-레비 9 혜성이 충돌했는데, 충돌하면서 목성에 지구만한 충돌 자국을 남겼다. 목성과 운이 없었으면 이게 지구에 날아와서 충돌했었을 수도 있는데, 지구에 이런 운석이 충돌하면 공룡의 K-Pg 멸종, 페름기 대멸종의 대멸종 수준이 아니라 전 생명체가 멸종하거나 지구 자체가 멸망하는 그보다 더 큰 재앙이 올 수도 있다.[31] 오래 전에도 소행성들에 의해 생태계가 리셋된 적도 있다.[32] 더군다나 이 결과 달이라는 위성이 생겼는데 달이 지구 생태계에 미친 여러 긍정적 영향을 생각해보면 생태계 입장에서는 횡재한 셈.[33] 충돌이 아니라 현재 크기 정도까지 성장한 뒤에 성장을 멈춘 것이라는 이론도 있는데, 1000Km짜리 소행성의 충돌로 화성의 북반구가 평균 4Km 낮아진 헬라스 평원이 그 흔적이다.[34] 지구에 충돌한 테이아 행성도 충돌시 크기가 아슬아슬하게 지구가 견뎌낼 수 있을 정도라고 한다. 조금이라도 더 컸다면 화성처럼 되었을거라는 것.[35] 이 경우 행성 자체에 생명체가 살기는 어렵겠지만 해당 기체 행성이 거주 가능 영역에 위치한다면 거주 가능한 위성이 생겨날 확률이 있게 된다.[36] 다만 생태계 상황에 따라 다를 수도 있다. 지구도 신생대 현재 육상에서 가장 거대한 동물인 코끼리는 인간에게 거대하게 보이지만 고생대~중생대 시기 육상 생물들에게는 흔한 크기일 수도 있다.(물론 이 시대에서도 작은 생물들은 얼마든지 많았다.) 이때의 지구는 지금보다 더 고온이고 산소가 풍부해서 거대한 생물들이 등장하기 적합했다. 잠자리조차 고생대 잠자리는 현생 잠자리보다도 3배 정도 더 크다. 심지어 신생대에서도 현생 코끼리보다 거대한 동물들은 얼마든지 많았고 이들이 사라진 이유도 환경 탓도 있긴 했다만 중요한 사실은 인간이다. 빙하기와 간빙기가 계속되어 그때마다 멸종한 거대 생물들도 있긴 하지만 인간에게 잡혀 멸종된 거대 생물들도 많다. 결국 현재 지구 생명체 크기는 최대한으로 보면 1만년 전의 생물 정도라고 봐도 좋을듯. 어쨌건 생태계 상황에 따라서는 슈퍼 지구에서도 커다란 생명체가 없으리라고 보장할 수는 없다. 게다가 바다가 있는 행성이면 더 가능성이 커지는데 바다는 부력이 작용하므로 중력을 이겨내기가 더 수월하며 부력 때문에 움직이는 것도 더 수월하니 움직이는데 써야 할 에너지를 성장에 쓸 수 있고 크기를 키울 수 있다. 다만 어쨌거나 행성 덩치가 크면 클수록 중력도 강하므로 슈퍼 지구에서 인류와 외형이 거의 비슷한 생명체가 산다고 가정하면 골격은 중력을 버티기 위해 더 굵을 순 있겠다. 또한 슈퍼 지구라고 해도 지구보다 추울 경우라면, 포유류, 파충류는 추운 환경일수록 덩치가 커야 유리하니, 포유류나 파충류와 비슷한 생명체가 산다면 역시나 덩치가 나름 큰 생물이 있을 수 있다.[37] 생명체를 이루는 구조가 복잡해질수록 외부 요인이 미치는 영향이 커지기 때문. 지구에서도 구조가 간단한 미생물들은 심해 열수분출공 같은 고온 환경에서도 무리없이 생존할 수 있다.[38] 강착원반은 그 구성 물질간 상호작용을 통해 각 물질이 그리는 궤도를 평준화시킨다는 특성이 있다. 실제로 글리제 581이나 TRAPPIST-1같이 행성이 너덧 이상인 행성계들에 대한 자료를 보면 각 행성계를 구성하는 행성들은 죄다 궤도 이심률이 매우 낮음을 볼 수 있으며, 이심률이 큰 행성들은 보통 행성계 상에 목성보다도 훨씬 무거운 목성형 행성 한두 개 정도만 남아있는 경우에서 볼 수 있다. 이는 목성보다 더 큰 놈들만 나오다 보니 거대목성간 중력 교란으로 인해 본래 원궤도가 크게 뒤틀린 것으로 해석할 수 있다.[39] 이렇게 교정된 궤도를 바꿀 수 있는 수단은 오직 스윙바이 같은 중력섭동 밖에 없으며 테이아 낙하 같은 대충돌 사건 등은 생각보다 궤도 변화에 주는 영향이 미미하다. 그 이유는 근사원형궤도상 충돌이 일어났단 것은 두 행성 궤도가 거의 똑같이 겹친다는 의미이며 이후 두 행성이 충돌하여 합쳐지면 운동량 보존 법칙에 의해 본래 돌던 궤도를 크게 이탈하는 것이 불가능하기 때문이다.[40] 지구 공전궤도가 화성 수준(1.52 au)까지 멀어진다 가정할 경우 이심률은 (1.52 - 1.00) ÷ (1.52 + 1.00) = 약 0.21 정도로 높아지지만, 기온을 구해보면 먼저 현 지구 및 화성 평균기온으로부터 온실효과를 제외한 수치를 볼 때 지구(1.00 au)가 영하 18도, 화성(1.52)은 영하 63도 정도임을 감안하면 가정된 지구는 겨우 45도 정도밖에 안 되는 연교차를 보이며, 가정된 지구에다 현 지구 정도 온실효과(+33도 증가)를 적용할 경우 이 지구는 겨울 평균기온이 영하 30도 정도 된다. 한반도가 연교차 60 - 80도 정도, 겨울에는 영하 30도 안팎까지 떨어지기도 하는 것을 감안하면 한반도 혼자 화성에 있나? 이 정도는 고등생명체들이 아무런 문제 없이 거뜬히 살아갈 수 있는 수준이다.[41] 심지어는 이를 넘어 아예 혜성 뺨치는 이심률로 공전한다 해도 생물이 살 수 있다는 연구결과도 있다. 연구 내용을 간략히 소개하자면 여름에는 너무 뜨거워진다 싶을 땐 바닷물이 증발하여 생긴 구름이 햇빛을 반사해 행성이 더이상 뜨거워지는 것을 막아 기온이 조절되며, 이 시기 비축해둔 막대한 열에너지로 겨울에 눈덩이 지구 꼴이 나는 걸 피할 수 있다는 것이다.[42] 생물이 좀 더 극한 환경에서도 생존이 가능하도록 하는 진화 환경을 제공해 준다.[43] 항성과 행성 사이 조석력으로 인해 자전주기와 공전주기가 일치되어 한 쪽은 영원히 모항성을 바라보게 되지만, 다른 한쪽은 영원히 밤이 된 상태. 달도 조석 고정된 상태다.[44] 대표적인 예는 금성이다. 한 면이 6개월동안 낮이지만 매우 두꺼운 대기가 순환을 빨리 해서 낮 쪽 대기 온도와 밤 쪽 대기 온도가 거의 같다.[45] 다만 낮과 밤 간 경계를 '터미네이터 존'이라고 부르며 생명체가 살기 부적절한 환경일 것이라는 의견도 있다. 열 순환을 위한 대류가 맹렬하게 이루어지는 부분이다 보니 엄청난 풍속으로 태풍이 불기 때문. 차라리 거대 폭풍이 형성된 곳 근처가 더 안정적일 수도 있다.[46] 달이 지구를 공전하며 낮밤이 생기는 것을 생각하면 쉽다.[47] 다행히 요즘에는 이런 극대거성들이 거의 없긴 하다.[48] 두 별이 가하는 중력을 더한 뒤, 테일러 전개를 해보자.[49] 출처. Beust et al. 2008 Astronomy and Astrophysics 479, 277[50] 출처. von Bloh et al. 2007 Astronomy and Astrophysics 476, 1365, Selsis et al. 2007 Astronomy and Astrophysics 476, 1373[51] Dimetyl Sulfide, 지구에서는 생명 활동에 의해서만 발생하는 물질이다.[52] 이런 행성은 모항성으로부터 거리가 먼 곳에 형성될 가능성이 높다고 한다.[53] 가끔씩 '거대 작렬 행성' 이라는 이름으로도 불린다.[54] 페가수스 자리 51 b의 질량은 목성의 약 47%, 반지름 추정치는 목성의 194%이다.[55] 그러나 이들도 느리기는 하지만 자전을 하기 때문에 수박 모양 줄무늬가 생기지는 않을 것이라는 주장도 있다.[56] 사실 얼음이라고 해서 차가운 게 아니라 수천 도로 매우 뜨거운 액체+고체 혼합물일 것이다. 내부 압력이 워낙 높기 때문[57] 그리스어로 '땅의', '지하의'란 뜻이며, 그리스 신화에서 지저 세계에 살고 있는 신들을 뜻하기도 한다.[58] 사진을 잘 보면 행성과 고리가 보인다.[59] 쿠르츠게작트의 영상.[60] 다만 실제로는 외계 행성으로 취급하지 않고, 기타 천체로 취급한다.[61] 반드시 2개 이상의 행성이 항성들을 공전해야 한다.[62] 백조자리 16번성은 A~C의 3개의 항성으로 구성된 3성계이다. 그 중 B성 주위를 도는 외계 행성이 1996년에 발견되었다.[63] 판도라는 폴리페모스의 주위를 공전하고 있으니 엄밀히 치면 외계 위성이다.[64] 역시 외계 위성.