외계 행성

 

1. 개요
2. 연구 과정
2.1. 연구의 시작
2.1.1. 외계 행성을 연구하는 방법
2.1.1.1. 위치 변화 측정
2.1.1.2. 밝기 변화를 측정
2.2. 목성형(기체) 행성의 발견 및 의문 사항
2.3. 연구 현황
2.3.1. 케플러 계획
3. 생명체가 존재할 수 있는 행성
3.1. 어머니 항성의 밝기
3.1.1. 태양보다 더 밝고 뜨거운 별
3.1.2. 태양보다 더 어둡고 차가운 별
3.1.3. 결론
3.2. 다른 항성과의 거리
3.3. 행성 간의 상호작용
3.4. 행성의 크기
3.5. 행성의 공전과 자전
3.7. 그 외
3.8. 생명체의 존재? 글리제 581
4. 분류
4.3. 떠돌이 행성
5. 창작물 속의 외계 행성
6. 각종 기록들
6.1. 최초 관련
7. 관련 문서
7.1. 외계 행성 또는 외계행성의 문서가 있는 항성 및 갈색 왜성 목록
7.1.1. 외계행성
7.1.2. 항성
7.1.3. 갈색 왜성
8. 같이 보기

'''희미하게 관측되는 포말하우트 b'''

1. 개요

外界行星 / Exoplanet, Extrasolar Planet
태양이 아닌 다른 별(항성) 주위를 도는 행성을 부르는 말.

2. 연구 과정


2.1. 연구의 시작

수백 년 전부터 과학자들은 우리 태양만이 행성을 거느리는 주인이 아닐 것이라는 예상을 해 왔다. 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 행성의 밝기 차이는 수억 배는 나기 때문에 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 항성의 거대한 행성은 직접 촬영해서 발견할 수 도 있는데, HR 8799은 이렇게 발견되었다. 2021년 2월에 기술적 한계를 넘어서 새로운 방법을 터득했다고 발표했다.

2.1.1.1. 위치 변화 측정
공통적으로 행성이 공전할 때 항성도 사실은 공통의 질량중심을 중심으로 돈다는 것을 이용한다. 물론 항성은 매우 무겁기 때문에 질량중심은 항성의 내부에 있지만, 약간의 위치변화와 움직임이 발생한다.
  • 별의 빛의 파장 변화를 이용하는 방법
모든 두 천체 사이에는 서로를 당기는 힘인 '만유인력'이 있다. 이는 질량 차이가 매우 큰, 별과 행성 사이의 관계에서도 마찬가지이다. 즉, 얼핏 보면 별이 질량이 크기 때문에 행성을 일방적으로 잡아두고 있는 것 같이 보이지만 실제로는 행성도 별을 미세하게나마 끌어당긴다. 이러한 두 천체 간의 줄다리기의 결과는 서로 둘의 질량 중심을 중심으로 원운동하는 것으로 나타난다. 즉 별도, 행성도 공통의 질량중심을 중심으로 뱅뱅 돌게 된다는 것이다. 예를 들어, 태양의 행성인 지구도 태양을 중심으로 원운동하는 것이 아니라 지구와 태양의 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 태양의 질량 중심으로 근사당하는데, 이는 태양이 혼자서 태양계 전체 질량의 99.98%를 차지하는 무지막지한 질량을 지니기 때문이다. [2]
이 현상은 태양의 행성이 아닌 외계 행성에서도 마찬가지로 나타나게 된다. 즉, 항성들은 항성들에게 딸린 행성들의 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 뿐만 아니라 행성의 다른 특성들도 파악할 수 있다. 예컨대, 도플러 효과에 의해 일어나는 파장 변화는 속도가 빠를수록 큰데, 속도를 빠르게 변화시키는 행성은 모항성에 대한 이 행성의 질량이 크다는 것을 의미한다. 따라서 항성의 질량을 안다면 행성의 질량도 알 수 있다. 또한, 파장이 반복되는 주기는 원궤도를 1회 운동하는 주기이므로 이는 행성의 공전궤도와도 관계된다.
  • 위치변화 측정
엄청난 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
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.
[image]
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.
해당 행성의 항성에 대한 공전면이 지구에서 보는 각도와 일치하지 않는다면, 지구에서 관측할 때 행성이 항성을 가리는 일이 발생하지 않으므로 이 방법으로는 행성 존재 여부를 알 수 없다.
  • 밝기 변화 측정
행성에 의한 항성의 움직임이 지구의 시선방향으로 움직일 때 사용하는 방법. 움직임으로 인한 거리변화로 밝기가 변하는 것을 측정한다.
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.
여기에 제시된 방법 이외에도 여러 가지 방법이 고안되었고 사용되고 있다. 또한 확실성을 위해 2가지 이상의 방법을 동시에 사용하기도 한다.[4] 이와 같은 연구법들을 이용하면 행성의 크기 및 질량이 크며 행성과 별의 거리가 가까우며 공전궤도가 짧은 별일 수록 쉽게 발견된다. 따라서 가장 발견하기 쉬운 행성은 별과 매우 가까운 목성형 행성일 수 밖에 없었다.

2.2. 목성형(기체) 행성의 발견 및 의문 사항

본격적으로 행성이 발견되기 시작한 것은 1992년으로, 재미있게도 태양처럼 빛나는 보통 항성이 아니라 항성의 시체라 할 수 있는 펄서[5] 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 행성은 항성으로부터 불과 800만 킬로미터밖에 떨어져 있지 않아 뜨겁게 달구어진 가스 불덩어리여서 당시 천문학자들은 충격을 받았다. 그럴 것이 지금까지 외계 행성은 우리 태양계와 비슷한 구조를 갖고 있을 것이라고 '상식적으로' 생각해 왔기 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.
하지만 앞서 설명했듯이 '발견하기 쉬웠기 때문에' 초기에 많이 발견되었을 뿐, 우주 전체로 봤을 때 이들이 차지하는 비중이 어느 정도인지는 아직까지 미지수이다. 실제로 기술이 발전하면서 크기 및 질량이 작으며 공전주기가 긴 행성들이 점점 많이 발견되고 있다. 지구의 공전궤도면이 그들의 시선방향에 거의 평행할 경우[9] 금성과 지구를 발견할 수 있을 것이다.[10] 만약 20년 정도 시간을 들여 관측한다면 목성도 찾을 수 있을 것이다. 하지만 나머지 행성들의 존재를 알아내기까지는 상당히 오랜 시간이 걸릴 것이다. 그리고 그 중 안쪽에서 세 번째 행성에 생명체가 존재한다는 증거를 찾기까지는 더 많은 시간이 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. 그래서 1995년 이전에 외계 행성을 찾는 데에 몰두한 학자들은 학계에서 외계인을 찾는 사람들과 비슷한 취급을 받기도 했다고 한다. 그나마 1988년에 발견된 세페우스자리 감마 Ab가 있지만, 당시에는 관측 기술로 인정받지 못하다가 2002년이 되어서야 공식 인정하게 되었다.
1995년의 첫 외계 행성 발견 이후 그 발견 숫자는 급격히 늘어나 2020년 2월 현재 4187개의 외계 행성이 등록되어 있다.[11] 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 나그네 행성이라고도 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 '''2002년'''에 발견되어 2004년에 공식 인정된 S Ori 70[12]이라는 천체가 있다. 이는 떠돌이 행성이 발견된 '''최초의 사례'''인데... 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. 그해서 S Ori 70같은 경우에는 논란이 매우 많은 편이다.

2.3.1. 케플러 계획

09년 3월부로 외계행성 발견을 목적으로 한 케플러 미션이 가동되었는데 주목표는 지구 정도 사이즈의 행성들을 찾아내는 것이다. 몇 년 이내로 엄청난 숫자의 새 행성들이 등록될 것이다. 이제 남은 것은 이들 중 얼마나 많은 숫자가 지구와 같이 액체 물이 표면에 넘실대는 환경일지를 가려내는 것이다. 케플러 미션을 통해 처음 발견된 행성은 Kepler-10b로, 약 560광년 떨어진 곳에 존재한다. 크기는 지구의 1.4배 질량은 4.8배정도. 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. 이전 서술에는 반작용 휠이 고장나서 더이상 작동할 수 없다고 서술되었지만 사실 2017년 지금도 잘 작동하고 있다.#
또 막대한 양의 데이터에서 지금도 수백 개의 외계 행성이 발견되고 있다. 이 데이터에서 대략 2년 동안 외계 행성이 더 발견될 것이라 추측된다고 한다.
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, 지구에서도 극한 환경에 생존할 수 있는 미생물들이 많기 때문에 100% 단정 지어서는 안된다. 자세한 건 우주생물학 문서로.

3.1. 어머니 항성의 밝기

일단 어머니 항성은 적당한 밝기로 빛나고 있어야 한다.
[image][13]
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, O형 항성의 경우 청색을 띠며 표면 온도가 25000K 이상이고, 태양이 속한 G형 항성의 경우 황색을 띠며 5000~6000K 사이의 표면 온도를 지니고 있다.
별 주위에는 '생명체 거주가능 영역'이라고 불리는, 생명이 태어나서 자라기에 적절한 온도가 형성되는 띠가 존재한다. 보통 적당한 온도는 인간 기준으로 판단하는데 상하한선은 물의 끓는점과 어는점인 섭씨 100도~섭씨0도 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. 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.
[image]
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 알파 센타우리에서 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 밝고 뜨거운 별

위 자료를 볼 때 밝고 뜨거운 별 주위에서 적당한 온도가 형성될 확률이 높다고 할 수 있다. 그러나 결정적인 문제는 어머니 별이 살아 있는 기간이다. O나 B같이 너무 밝은 항성은 막대한 에너지를 한꺼번에 태워버린 후 순식간에(물론 우주 기준) 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 모든 우주 생명체가 이러한 보편성을 따른다면 원시적 형태의 생명체가 탄생하기까지 최소 수억 년의 시간동안 어머니 별은 일정하게 빛나야 한다. 이 조건을 만족하는 별은 A형 항성(시리우스, 베가, 포말하우트) 아래이다. O나 B는 불과 수백만 ~ 수천만 년밖에 살지 못하기 때문에 박테리아라는 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 대발견이겠지만, 그래서는 장기적인 연구에 쓸 예산 타내기 쉽지도 않다. '''우리의 관심은 박테리아 수준의 생명체보다는 우리와 동등하게 감정과 지식을 나눌 수 있는 '인격체' 와 '지성체'의 존재이기 때문이다.''' 우리 지구의 경우를 놓고 보자. 물론 다른 방식의 생존시간을 거칠 수는 있겠지만, 현생 인류가 등장하기까지는 46억 년의 시간이 필요했다. 박테리아 수준의 미생물이 아니라 척추동물, 그중에서도 뇌가 커져서 자신의 정체성을 인지하고 타인에게 호기심을 갖고 교류를 원할 수준의 지성체가 나오려면 최소 수십억 년에 가까운 시간이 걸린다는 뜻이다. 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 아래만이 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.[14]
또한 O, B, A 같은 밝은 항성은 자외선, 감마선 같은 고에너지 복사파를 많이 내뿜는데, 이러한 고에너지 복사파는 생명체에게 치명적이다. 규소로 이루어져 있다면 모르겠지만[15] 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 띄고, 식물 등이 존재하더라도 푸른 빛이 아닌 붉은 빛이나 검은 빛의 잎을 가지는 경우 등이 있을 수 있다.
O, B형 항성의 자외선은 생명체를 태워버릴 만큼 엄청난 양의 자외선을 내뿜기 때문에 두꺼운 오존층이 생성되더라도 뚫어버리며 오존층이 지상까지 형성되어 생명체에 유독하게 작용[16]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 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 빗자루로 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 어둡고 차가운 별

반대로, 태양보다 어둡고 차가운 별들을 살펴보자. 태양보다 어둡고 차가운 별의 분광형은 K형, M형으로 구별할 수 있다. 이들이 생명체를 품는 데 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, 우리가 '평범한 별'이라고 배웠던 태양은 모든 항성 중 상위 '1%' 이내에 속하는 '제법 밝은 별'에 속한다. 전 우주에 있는 나머지 최대 99%의 별은 태양보다 작고 가볍고 어두운 왜성이다.
또한 차가운 별들은 태양보다 훨씬 오래 산다. 가장 어두운 적색 왜성이면 이론적 수명이 17조 년에 이르고 태양보다 좀 어두운 K형 별도 150~800억 년은 산다. 우리 지구에 미생물이 등장하는 데 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 어두워서 생명체 거주가능 영역이 별에서 가깝고 폭이 좁다. 이 좁은 폭 안에 행성이 원형의 궤도를 그리고 있을 확률은 떨어진다. 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 상상이 되겠는가? 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.
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 일치하여, 마치 우리 달처럼 한쪽 면이 영원히 항성만을 바라보고 반대쪽은 영원히 어둠에 묻히는 결과를 가져온다.[17] 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. 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 검은색의 색소를 가질 것으로 예상된다.
하지만 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 단세포 생물체는 뭐든 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 더욱더 커진다.

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 밝은 별도, 매우 어두운 별도 그 근처에는 생명체가 살기 힘들다. 실제로는 태양보다 약간 밝거나 비슷한 정도의 온도를 가진 별(분광형으로는 차가운 F형 ~ 뜨거운 K형 정도)의 별에서 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 량과 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 뿜기 때문에 항성과의 거리가 어느 정도 되어 조석고정을 걱정할 필요가 없으며, 수명도 75억 년에서 170억 년이나 되어 안정적이며, 항성의 밀도도 적당하기 때문에 플레어의 위험성도 없다.

3.2. 다른 항성과의 거리

어머니 항성과 다른 항성과의 거리가 얼마나 되는지는 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 충돌해서 박살날 수도 있고, 스쳐 지나가더라도 행성 궤도를 뒤틀어버릴 위험성도 있으며 훨씬 더 먼 거리에서 지나치더라도 오르트 구름 영역을 뒤흔들어 무수한 혜성을 쏟아부을 수도 있다. 이웃 항성중에 너무 거대한 항성이 있다면 초신성이 폭발해서 감마선이 쏟아질 수도 있으며, 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 싹쓸이해 버릴 정도로 엄청난 위력을 발휘한다.
그렇다고 은하계 가장자리가 좋은 것도 아니다. 중심부에서 멀리 떨어지면 생명체에게 악영향을 끼치는 해로운 별과의 거리도 멀어지지만, 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 간의 상호작용

'선량한 목성'이 존재하면 좋다. '선량한 목성'이란 궤도의 이심률이 작아 원에 가깝게 안정되어있고 생물권에 위치한 행성에 중력 영향을 끼치지 않으며 외부[18]로부터 내행성들을 보호하는 거대 행성을 칭한다. 반대로 생물권에 위치한 행성을 항성계에서 쫓아내거나 흡수해 버리는 거대 행성을 '사악한 목성'이라고 부른다.
목성, 토성과 같은 거대한 행성이 세 개 이상 생기면 이들의 상호작용으로 그중 한 가스 행성이 궤도 밖으로 튕겨져 나가면서 다른 가스행성의 궤도도 흐트러진다. 그 결과 남아있는 가스 행성이 이심률이 매우 큰 타원 궤도를 그리게 되거나, 항성 가까이로 접근하면서 뜨거운 목성이 되어버린다. 그런데 거대 가스 행성이 항성으로 접근하면, 항성 주변을 돌고 있던 작은 행성들을 흡수하거나 튕겨내게 된다. 지구형 행성 역시 가스 행성에 흡수되거나, 아니면 항성계 밖으로 튕겨나가서 떠돌이 행성이 되어버린다.[19]
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 가스 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. 아 망했어요. 태양계에는 목성형 행성이 네 개 있지만, 천왕성과 해왕성 중 하나가 목성이나 토성 정도로 거대했다면 지구는 태양계 밖에 존재하거나 다른 큰 행성이 집어삼켰을 것이다.
이런 사악한 목성의 주변에 행성이 있게 되는 경우, 사악한 목성의 강한 조석력을 받을 가능성이 높다. 이 경우엔 지각이 내부부터 뒤틀리게 되어 지구와는 차원이 다른 지각 변동과 그에 따른 현상이 펼쳐진다. 액체로 이루어진 바다를 가진 행성의 경우에는 km 단위의 쓰나미가 틈만 나면 몰아치고 암석 표면을 가진 행성은 자고 일어나면 땅이 솟아오르거나 꺼져서 평야에서 에베레스트보다 더 높은 절벽이 생기고 지진이 일어나는 동안 수백 m의 높이로 패대기질쳐지는 일이 일상이 된다.
반면, 궤도가 안정된 거대 행성, 즉 선량한 목성이 외곽에 있다면 내행성들은 상대적으로 소행성 폭격을 적게 받는다[20] 작은 천체가 항성계로 접근하면 거대한 행성은 그 막강한 중력으로 작은 천체를 끌어당기게 된다. 이로 인해 작은 천체는 '스윙바이'현상으로 인해 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.[21]
대표적인 '선량한 목성'이 우리 태양계의 목성이다. 태양계 생성 초기에는 중력 섭동으로 얼음행성들의 궤도를 비틀어서 궤도 안쪽으로 날려보냈는데 내행성들은 이를 흡수해 성장했다. 지구의 물은 이 유산이다. 그리고 소형 얼음행성들이 거의 사라진 후에는 태양계 외부로부터 들어오는 소천체들의 궤도를 꺾어서 지구 궤도까지 들어오지 못하도록 튕겨내거나 흡수하는 역할을 하고 있다. 현재에도 목성이 소행성들과 충돌해 흡수하는 사례는 많이 관찰되고 있다. 그리고 궤도가 매우 안정되어 있어 태양계 내부에 위치한 작은 행성들의 궤도를 질서있게 유지시켜 준다. 여러모로 지구 생태계를 지켜 주는 든든한 보디가드이다.

3.4. 행성의 크기

행성의 크기가 너무 작으면 대기가 형성되기 어려우며 너무 크면 주변의 가스를 끌어모아 가스 행성이 되거나 금성과 같이 온실효과가 작렬하는 행성이 될 확률이 높다. 또한 자기장의 유무도 행성의 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 대표적 케이스가 화성이다. 화성은 질량이 지구의 10분의 1밖에 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 243일이라는 말도 안 되는 자전주기와, '''자전 방향이 반대라는 점'''을 생각해 봤을 때, 원래 지구나 화성처럼 제대로 된 행성이었지만, '''모종의 이유로''' 무언가와 부딪혀서 자기장과 내부열을 잃고 지금의 지옥도가 된 것 아니냐는 가설도 있음을 생각해보면 왜 내부열을 잃어버린 것인지 여부는 확실하지 않으나, 금성은 지구처럼 활발하게 지각변동이 일어나지 않아 물질의 순환이 멈춰 있다.
혹자는 금성 - 지구 - 화성의 변화가, 실은 모두 비슷한 환경이었다가 거대소행성이 각기 충돌한 뒤의 변화라고 보는 주장도 있다.
  • 금성: 충돌 후 자전속도에 영향을 주고 방향마저 바꿔버려서 오늘날처럼 되었다.
  • 지구: 화성만 한 원시행성과 충돌했으나 다행스럽게도 지구가 그 정도는 버텨낼 수 있었고, 비껴 맞고 충돌의 잔해물로 달까지 얻게 돼 오히려 이득이 된 결과가 되어 오늘날에 이르렀다. (테이아 가설)[22]
  • 화성: 충돌이 일어난 뒤 원래 크던 행성이 박살이 나서 작아져 버려 오늘날에 이르렀다.[23][24]
이 주장은 원시지구와 가상의 행성 혹은 원시 달 형태인 테이아의 충돌로 인해 현재의 지구와 달이 생성되었다는 주장의 바리에이션에 해당한다. 태양계 생성 초기에는 못해도 20개 이상의 행성이 난립해 배틀로얄을 벌이던 상태였다는 가설과 조합돼 나름의 지지를 받는다.
반대로 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 가스까지 끌어당겨 가스 행성으로 진화하기 때문에 지구형 행성과 같은 딱딱한 표면이 생겨날 수 없다.[25] 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 하기 때문에 골격이 있더라도 지구의 생명체보다 훨씬 굵으며 신장도 거대하게 자랄 수 없을 것이다.[26]
결국 안정적인 지질활동을 일으킬 수 있는 질량과 그리고 알맞은 중력을 가진 행성이 필요하다. 현재 이러한 행성의 질량은 지구의 96% 이상으로 보고 있으며 이 이하로 떨어지면 지질활동과 내부 중심핵의 열이 일정 온도 이하로 내려가게 되어 자기장 형성이 불안정해지며 지질활동도 매우 불안정해진다. 또한 지구의 1.045배 이상 커지게 되면 지질활동이 지나치게 활발해진다. 따라서 생명체가 활동하기에 최적의 행성의 질량은 지구의 96~104.5% 사이가 된다.

3.5. 행성의 공전과 자전

행성이 모항성과 거리가 적절하다고 해서 궤도까지 안정적이라는 법은 없다. 지구의 궤도도 완벽한 원형이 아니라 타원형을 그리고 있다.
이심률이 너무 클 경우 모항성과의 거리가 불안정해짐에 따라, 모항성과 가까워질때는 행성 표면위의 모든 물이 증발하고 작열하는 지옥이 되는 반면 멀어질때는 물이 전부 얼어버리는 (흡사 눈덩이 지구와 비슷한 상태) 현상이 발생한다. 생물체가 적응해도 지구의 생명체같이 복잡한 생물은 형성되기 어렵다.[27] 또한 과도할 정도로 모항성에 붙어있으면 대기가 날아갈 확률이 높다.
외계 행성 대부분은 지구보다 큰 타원형 궤도를 그리고 있다는 연구가 있다. 평균 이심률은 0.25로, 지구의 이심률은 거의 원형에 가까운 0.02다. 이는 외계 행성이 골디락스 존에 위치해 있더라도 잠시동안 머물렀다가 바깥으로 이탈하는 현상이 발생할 가능성이 높다는 의미다.
행성의 자전축은 어느정도 기울어져 있으면 좋다. 천왕성처럼 너무 기울어지면 극단적인 기후 변화가 일어날 수 있지만 기울어져 있지 않아도 발생하는 문제는 별로 없다.

자전속도가 너무 느리면 지구와 같이 태양풍으로부터 대기를 보호하는 지구자기장의 형성이 어려워 금성이나 화성처럼 바싹 마른 행성이 된다. 자전속도가 너무 느려 하루가 1년보다 길어지면 열 순환에 문제가 발생해 일교차가 극심해진다.
적색왜성을 공전하는 행성 대다수는 모항성에 가깝게 붙어있어서 조석 고정[28]된 상태인데 이는 낮인 부분의 대기를 불안정하게 만들고 밤인 부분을 얼어붙게 만들어 생명체 존재 구역을 크게 줄여버린다.
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조석 고정된 행성과 그렇지 않은 행성과의 구름 분포도. 정상적으로 자전하는 행성은 구름이 넓고 균일하게 퍼져있지만 조석 고정된 행성은 한쪽에만 구름이 모여있는 기형적인 형태를 취하고 있다. 이는 한곳에 열이 과도하게 집중된다는 의미다. 출처
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스페이스 엔진으로 구현된 모습
행성의 대기가 두껍고 바다같은 열 순환 체제가 활성화 되어있으면 이런 현상을 억제할 수는 있다. [29] 낮인 부분에 물이 증발하여 거대한 폭풍을 형성해 표면온도를 낮추고 밤인 부분까지 공기를 순환시켜 열을 퍼지게 할 순 있지만 이 역시 한계가 있다. 이런 행성은 낮과 밤 사이의 경계 부분에 생명체가 존재할 확률이 높다.[30]
단, 해당 천체가 판도라(아바타 시리즈)처럼 위성이라면 모행성에 조석 고정된 상태에서 모행성을 공전하기 때문에 낮밤이 생긴다. [31]

3.6. 쌍성

항성 중 상당수가 쌍성이다. 우리 태양계도 목성이 더 컸다면 여기에 속했을 것이다. 목성이 별이 되기 위해 필요한 최소한의 질량은 태양질량의 0.075배, 목성질량의 78배 정도.
그런데 쌍성 주변을 도는 행성에서 생명체가 서식할 가능성은 항성이 혼자 있을 때에 비하면 낮다. 생물이 거주할 수 있는 영역이 상대적으로 좁아지기 때문이다. 동반성의 크기가 너무 커도 조기에 중성자별이나 블랙홀이 되어버리므로 문제는 더 심각하다. 이런 별이 생기려면 초신성 폭발이 일어나야 하는데, 이런 폭발은 주변 행성들을 개발살내기에 충분하기 때문이다! 양쪽 모두 적당한 크기의 항성이어야 하고, 두 항성으로부터 적절한 거리를 유지해야 하므로 생명체의 생존 가능성은 그만큼 줄어든다.
참고로 항성이 여러 개인 경우 골디락스존의 형상이 기괴하게 꼬여버린다. 가장 단순한 쌍성계인 이중성계의 경우를 봐도 가까이 있으면 도넛 모양에서 점점 길쭉해지다 거리가 멀어지면 8자가 되었다가 끊어져 버린다. 이 둘이 서로의 공통질량을 공전하는 경우 이 골디락스 존의 위치도 항상 변하게 된다. 이중성계도 이 모양인데 그 이상 항성이 존재하는 경우 골디락스존의 모양은 더더욱 괴상해지고, 여기서 발견된 행성은 골디락스존 안에 있는 것처럼 보여도 일시적으로 골디락스존에 출입하는 행성(=주기적으로 지옥이 되는 행성)이 될 가능성이 높다.

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? 글리제 581

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.[32] d의 경우는 근일점에는 서식 가능 지역에 걸치나 원일점에는 벗어나기 때문에 속단하기 힘들다고 한다.[33]
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 190조 km에 육박하며 보이저 1호의 속도로도 30만년 가까이 걸리는 거리다. 연료의 무게 문제나 광속 이상으로 움직일 수 없는 등의 기술적 한계가 많기 때문에 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.

4. 분류


4.1. 지구형 행성

지구처럼 철 등의 금속으로 이루어진 핵과 주위의 암석으로 이루어진 행성이다.
태양계에서는 수성, 금성, 지구, 화성이 여기에 속한다.
자세한 내용은 해당 문서로.
지구보다 큰 지구형 행성으로, 천왕성이나 해왕성과 비슷한 크기인 것도 있다. 모성과의 거리에 따라 화염 지옥인 행성도 있는 반면, 거리가 적당하면 온통 바다로만 뒤덮혀 있을 것이며, 멀리 떨어져 있으면 얼음으로 이루어져 있을 것이다. 지구 질량 17배 바위행성도 발견되었다.
2004년에 천문학자 마크 쿠치너가 주장한 모델로, 물과 암석이 적절한 비율로 섞여 있고, 이 행성이 항성과 적절한 거리를 유지하며 공전할 경우 생겨나는 행성. 철로 된 핵과 맨틀, 그리고 얼음층 위에 수천~수만m 수심의 바다로 이루어져 있다. 자세한 내용은 해당 문서로.
  • 철 행성
맨틀이 어떤 이유로 거의 사라지고 철이 풍부한 행성으로, 수성이 이런 경우이다.
  • 탄소 행성
산소보다 탄소가 더 많은 지구형 행성으로, 55 Cancri(게자리) e가 바로 그러한 경우이다.
  • 무핵 행성
이론상으로만 존재하는 행성으로, 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.[34] 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 높기 때문에 굳이 층이 분리되지 않아도 대류 현상이 일어날 수 있다. 또한 무핵 행성은 핵이 있는 행성들과 큰 차이가 없기 때문에 구별하기가 어렵다.

4.2. 목성형 행성

수소와 헬륨 같은 기체가 주성분인 행성으로, 목성형이라는 이름답게 거대한 덩치를 자랑한다.
태양계에서는 목성, 토성, 천왕성, 해왕성이 여기에 속한다. 천왕성과 해왕성과 같이 질량이 비교적 작은 가스 행성을 해왕성형 행성이라고 하기도 한다.
  • 뜨거운 목성(Hot Jupiter)형 행성[35]
항성과의 거리가 1/10AU 미만이며, 이름에 걸맞게 펄펄 끓고 있다. 일반적으로 질량에 비해 부피가 큰데[36], 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 폭풍의 속도는 시속 1000km 이상이며 수박 모양의 줄무늬를 만들어낼 것으로 추측되고 있다.[37] 이런 녀석이 있는 항성계에서는 생명체가 존재할 수 없는데, 뜨거운 목성들은 '사악한 목성'으로 작동하여 생명이 존재할만한 작은 행성들을 집어삼키거나 항성계 밖으로 쫓아내버리기 때문이다.
  • 뜨거운 해왕성(Hot Neptune)형 행성
뜨거운 목성형 행성과 유사하나, 크기가 작아 천왕성이나 해왕성 수준인 행성을 말한다.
  • 소니언 행성(Chthonian[38] Planet)
목성형 행성에서 수소와 헬륨으로 구성된 외곽의 대기가 다 날아가고 암석 핵만 남아 흡사 지구형 행성처럼 보이게 된 행성을 말한다. 뜨거운 목성은 표면온도가 높아 물질이 쉽게 중력권 밖을 벗어나므로 소니언 행성이 되기 쉽다. 아직까지 소니언 행성으로 확인된 행성은 없지만 그 후보로 추정되는 행성은 코롯-7b가 있다.
  • 가스 왜행성(Gas Dwarf)
일반적인 목성형 행성과는 달리 질량이 매우 작은 가스 행성. 외계 행성들 중에서 질량에 비해 반지름이 너무 큰 경우가 있어 만들어진 분류이다. 후보로는 케플러 138b가 있으며 질량이 지구의 64%밖에 안되지만 반지름은 1.2배로 오히려 이 쪽이 더 크다.
  • 거대 헬륨 행성(Helium giant)
수소 대신 헬륨이 대기의 주성분인 행성. 거대 얼음 행성의 표면 온도가 너무 높아지면 상대적으로 가벼운 수소가 날아가버리고 헬륨이 대기를 이루게 된다. 또한 메테인이 존재하지 않아 새하얀 외관을 가질 것이라고 예상된다. 남은 탄소 분자는 산소와 결합해 일산화탄소와 이산화탄소를 형성하며 이는 헬륨 행성의 유력한 근거다. 후보로는 글리제 436 b가 있으며 이 행성은 예상대로 일산화탄소가 매우 풍부하다.

4.3. 떠돌이 행성

나홀로 행성이라고 부르기도 한다. 어떤 이유로 모항성계를 벗어나 성간우주를 떠돌게 된 행성. 항성을 도는 행성보다 관측하기가 훨씬 어렵지만 많게는 전체 행성의 반 이상이 이러한 떠돌이 행성이라는 추측도 있다. 모항성으로부터 에너지를 받을 수 없기에 대부분 얼어붙은 행성이겠지만 적절한 크기의 위성과 두꺼운 얼음층이 있다면 이런 떠돌이 행성에서도 생명체가 탄생할 수도 있다.
넓은 범위에서는 갈색왜성도 이 범주에 포함되기도 한다. 갈색 왜성도 빛을 거의 내지 않아 발견이 쉽지 않기 때문이다.

5. 창작물 속의 외계 행성

창작물에서는 외계 행성이 정말 많이 나온다. 아래는 '''그 일부.''' 자세한 건 가공의 행성 분류 참고.

6. 각종 기록들


6.1. 최초 관련

'''최초의 XXX들'''
  • 최초로 발견된 외계 행성: 세페우스자리 감마성 Ab(1988년 발견, 2002년 인정)
  • 최초로 인정된 외계 행성(공동 기록): PSR B1257+12 B, C(1992년)
  • 최초로 인정된 일반 항성을 공전하는 외계 행성: 페가수스자리 51번성 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[39]: S Ori 70(S Ori J053810.1-023626)
  • 다성계에서 발견된 최초의 외계 행성: 게자리 55번성 b
  • 발견된 최초의 쌍성계 바깥을 도는 행성: PSR B1620-26 b - 1993년에 발견되었으나 2003년에 와서야 인정되었다.
  • 발견된 최초의 2개 이상 항성을 도는 행성'들'[40]: 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 16번성 Bb[41]
  • 4성계에서 발견된 최초의 외계 행성: 케플러-64 b(또는 PH1b)
  • 4성계에서 항성 1개만의 주위를 공전하는 외계 행성 사례 중 최초로 발견된 것: 양자리 30번성 BA b - 2009년에 발견된 당시에는 4성계임이 알려지지 않았으나, 이후 2015년에 4성계에서 발견되었음을 확인하게 되었다.
'''항성 종류에서의 최초'''
  • 펄사(Pulsar)에서 발견된 최초의 외계 행성: (최초로 인정된 외계 행성과 동일)
  • 주계열성 주위를 도는 최초로 발견된 외계 행성: (그 아래 기록 참고)
  • O형, B형, A형 항성에서 발견된 최초의 외계 행성: 포말하우트 b
(작성 중)

7. 관련 문서


7.1. 외계 행성 또는 외계행성의 문서가 있는 항성 및 갈색 왜성 목록


7.1.1. 외계행성


7.1.2. 항성


7.1.3. 갈색 왜성


8. 같이 보기


[1] 아예 불가능한 것은 아니다. 태양과 매우 가까운 별에서 특정한 조건이 맞으면 가능하기도 하다. 실제로 포말하우트를 공전하는 행성인 '포말하우트b'를 직접 확인하기도 했다. 자세한 내용은 포말하우트 문서로. 물론 이것은 21세기 현대의 과학기술이 발전하면서 간신히 발견한 것이다.20세기 초중반이면 이렇게는 발견 못한다.[2] 지구는 계산에 끼지도 못한다. 나머지 0.02%도 대부분이 목성의 질량이기 때문. 덕분에 대부분의 궤도 계산 시 이 공통 질량 중심이 태양의 질량중심과 일치한다고 근사해도 큰 무리가 없다.[3] 문제를 단순화하기 위해 별의 다른 운동은 모두 무시하였다[4] 예를 들자면, 통과법으로 행성을 찾은 상태에서 질량, 밀도를 구하기 위해 시선속도 변화를 분석한다.[5] PSR B1257+12[6] 처음에는 두 개만 찾았고 나중에 작은 행성을 하나 더 찾았다.[7] 여담으로, 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 가스 행성들을 만들 것이라고 추측한 것.[9] 다시 말해, 그 외계인들이 지구가 태양 앞을 가리는 현상을 관측할 수 있을 경우[10] 케플러 망원경의 정밀도로는 지구가 태양을 가릴 때 나타나게 될 태양의 밝기 변화를 감지할 수 있다.[11] The Extrasolar Planets Encyclopaedia에서 발췌[12] 정식 이름은 S Ori J053810.1-023626이다.[13] 출처: 위키피디아 항성 분류[14] 가능성을 진짜 상상해본다면 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[15] 애초에 규소라면 생명권의 정의 자체가 전혀 달라진다. 규소가 선택적 결합을 하면서 복잡한 구조를 이룰 수 있다고 여겨지는 온도는 '''섭씨-150도''' 근처이다.(...) 그들이 사는 환경은 액체 산소의 바다같은, 우리의 상상과는 다소 다른 것일 것이다.[16] 오존 역시 생물에게 유해한 물질이다.[17] 지구만 하더라도 75억 년 후면 자전이 멈출 것이라고 한다. [18] 대표적인 예로 멀리서 날아오는 소행성.[19] 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.[20] 1994년 목성에 슈메이커-레비 9 혜성이 충돌했는데, 충돌하면서 목성에 지구 크기의 충돌 자국을 남겼다. 목성과 운이 없었으면 이게 지구에 날아와서 충돌했었을 수도 있는데, 지구에 이런 게 충돌하면 공룡이고 뭐고 대멸종 수준이 아니라 그보다 더 큰 재앙이 올 수도 있다.[21] 오래 전에도 소행성들에 의해 생태계가 박살난 적도 있다.[22] 더군다나 이 결과 달이라는 위성이 생겼는데 달이 지구 생태계에 미친 영향을 생각해보면 생태계 입장에서는 덤까지 두둑히 얻은 셈[23] 충돌이 아니라 현재 크기 정도까지 성장한 뒤에 성장을 멈춘 것이라는 이론도 있다.[24] 실제로 지구에 충돌한 행성의 경우에도 아슬아슬하게 지구가 견뎌낼 수 있을 정도의 크기가 충돌한 것이라고 한다. 조금이라도 더 컸다면 화성처럼 되었을거라는 것[25] 이 경우 행성 자체에 생명체가 살기는 어렵겠지만 해당 가스 행성이 거주 가능 영역에 위치한다면 거주 가능한 위성이 생겨날 확률이 있게 된다.[26] 다만 생태계 상황에 따라 다를수도 있다. 지구도 현재 육상에서 가장 거대한 동물인 코끼리는 인간에게 거대하게 보이지만 고생대~중생대의 육상 생물들에게는 흔한 크기일수도 있다.(물론 이 시대에서도 작은 생물들은 얼마든지 많았다.) 이때의 지구는 지금보다 더 고온이고 산소가 풍부해서 거대한 생물들이 등장하기 적합했다. 잠자리조차 고생대 잠자리는 현생 잠자리의 3배 정도 더 크다. 심지어 신생대에서도 현생 코끼리보다 거대한 동물들은 얼마든지 많았고 이들이 사라진 이유도 환경 탓도 있긴 했다만 중요한 사실은 '''인간'''이다. 빙하기와 간빙기가 계속되어 그때마다 멸종한 거대 생물들도 있긴 하지만 인간에게 잡혀 멸종된 거대 생물들도 많다. 결국 현재 지구 생명체의 크기는 최대한으로 보면 1만년 전 수준의 생물 정도로 봐도 좋을듯 어쨌건 생태계 상황에 따라서는 슈퍼 지구에서도 커다란 생명체가 없으리라고 보장할수만은 없다. 게다가 바다가 있는 행성이면 더 가능성이 커지는데 바다는 부력이 작용하므로 중력을 이겨내기가 더 수월하며 부력 때문에 움직이는것도 더 수월하니 움직이는데 써야 할 에너지를 성장에 쓸 수 있고 크기를 키울수가 있다.[27] 생명체 구조가 복잡해질 수록 외부 요인이 미치는 영향이 커지기 때문. 지구에서도 간단한 구조의 미생물들은 심해 열수구, 고온의 지역에서도 무리없이 생존할 수 있다.[28] 항성과 행성 사이의 조석력으로 인해 자전주기와 공전주기가 일치되어 한 쪽은 영원히 모항성을 바라보게 되지만, 다른 한쪽은 영원히 밤이 된 상태. 달도 조석 고정된 상태다.[29] 대표적인 예로는 금성이다. 한 면이 6개월동안 낮이지만 매우 두꺼운 대기가 순환을 빨리 해서 낮인 부분의 온도와 밤인 부분의 온도가 거의 같다[30] 다만 낮과 밤의 경계를 '터미네이터 존'이라고 부르며 생명체가 살기 부적절한 환경일 것이라는 의견도 있다. 열 순환의 중심이 되는 부분이라 엄청난 풍속의 바람이 불기때문. 차라리 거대 폭풍이 형성된 곳 근처가 더 안정적일 수도 있다.[31] 달이 지구를 공전하며 낮밤이 생기는것을 생각하면 쉽다.[32] 출처. Beust et al. 2008 Astronomy and Astrophysics 479, 277[33] 출처. von Bloh et al. 2007 Astronomy and Astrophysics 476, 1365, Selsis et al. 2007 Astronomy and Astrophysics 476, 1373[34] 이런 행성은 모항성으로부터 거리가 먼 곳에 형성될 가능성이 높다고 한다.[35] 가끔씩 '거대 작렬 행성' 이라는 이름으로도 불린다. 일본의 과학잡지 '뉴턴'에서는 영어 발음 그대로인 '핫 주피터'로 기재돼 있다.[36] 페가수스 자리 51 b의 질량은 목성의 약 47%, 부피는 약 230%이다.[37] 그러나 이들도 느리기는 하지만 자전을 하기 때문에 수박 모양 줄무늬가 생기지는 않을 것이라는 주장도 있다.[38] 그리스어로 '땅의', '지하의'란 뜻이며, 그리스 신화에서 지저 세계에 살고 있는 신들을 뜻하기도 한다.[39] 다만 실제로는 외계 행성으로 취급하지 않고, 기타 천체로 취급한다.[40] 반드시 2개 이상의 행성이 항성들을 공전해야 한다.[41] 백조자리 16번성은 A~C의 3개의 항성으로 구성된 3성계이다. 그 중 B성 주위를 도는 외계 행성이 1996년에 발견되었다.

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