외계행성 사냥, 다른 별 주위를 도는 행성 찾기 (Exoplanet Detection)

밤하늘의 별을 볼 때 우리는 흔히 “저 별에도 지구 같은 행성이 있을까”라는 질문을 떠올린다. 오래전에는 이런 상상이 거의 순수한 상상에 가까웠지만, 이제는 과학적 탐색의 대상이 되었다. 태양계 바깥의 행성을 외계행성이라고 부르는데, 이 행성들은 자기 별의 빛에 묻혀 직접 보기가 매우 어렵다. 그럼에도 천문학자들은 별빛의 미세한 변화와 중력의 흔적을 추적해, 보이지 않는 행성의 존재를 하나둘 밝혀내고 있다. 외계행성 탐색은 단순히 “다른 세상의 존재”를 확인하는 로맨틱한 작업을 넘어, 태양계가 얼마나 평범하거나 특이한지, 생명에 적합한 환경이 우주에 얼마나 흔한지 알아보는 연구와 연결된다. 외계행성 사냥의 원리와 역사, 그리고 그 과학적·사회적 의미를 살펴보면, 우리가 살고 있는 지구의 위치도 조금 다르게 느껴지기 시작한다.

 

 

외계행성은 왜 직접 보기 어려운가

외계행성을 찾는 일이 어려운 가장 큰 이유는, 별과 행성의 밝기 차이다. 별은 스스로 빛을 내지만, 행성은 별빛을 반사할 뿐이라 일반적으로 별보다 수십억 배 이상 어둡다. 게다가 둘 사이의 각거리는 매우 작아서, 멀리서 보면 거의 한 점처럼 겹쳐 보인다. 그래서 외계행성을 찾는 대부분의 방법은 “행성을 직접 보는 것”이 아니라, 행성이 별에 남기는 미세한 흔적을 측정하는 방식이다.

대표적인 방법 하나가 통과법이다. 행성이 공전 궤도에서 우리 시선 방향을 가로지를 때, 별 앞을 통과하면서 별빛이 아주 조금 줄어드는 현상이 일어난다. 이때 밝기가 얼마나, 얼마나 자주 줄어드는지를 분석하면 행성의 크기와 공전 주기를 알 수 있다. 또 다른 방법은 시선속도법, 혹은 도플러 분광법이다. 행성과 별은 서로를 돌고 있기 때문에, 별도 아주 조금 흔들린다. 이 흔들림 때문에 별빛의 스펙트럼이 주기적으로 붉은색 쪽과 푸른색 쪽으로 미세하게 이동하는데, 이를 도플러 효과라고 부른다. 별빛의 스펙트럼 이동을 정밀하게 측정하면, 행성의 질량과 궤도를 추정할 수 있다. 이 밖에도 중력렌즈를 이용해 일시적으로 밝기가 변하는 현상을 포착하거나, 적외선 영역에서 별과 행성을 분리해 직접 영상으로 찍으려는 시도도 이루어지고 있다.

 

외계행성 발견의 역사와 대표 임무

외계행성의 존재 가능성은 오래전부터 제기되어 왔지만, 처음으로 확실히 확인된 것은 1990년대 중반이었다. 1995년 태양과 비슷한 별 51페가수스 주위를 도는 뜨거운 가스행성이 시선속도법으로 발견되면서, “다른 별에도 행성이 있다”는 사실이 본격적으로 입증되었다. 이후 지상 망원경과 우주 망원경을 통한 관측이 이어지면서, 발견되는 외계행성의 수는 급격히 늘어났다.

결정적인 전환점은 미국 항공우주국의 케플러 우주망원경이다. 케플러는 하늘의 한 구역을 오랫동안 바라보며 수십만 개의 별 밝기를 동시에 측정했다. 이 과정에서 수많은 통과 신호가 발견되었고, 그 가운데 상당수가 외계행성으로 확인되었다. 케플러 자료 분석을 통해 “작은 행성도 은하 곳곳에 매우 흔하다”는 결론이 나왔고, 지구 크기와 비슷하며 별로부터 적당한 거리에 있어 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 후보 행성들도 다수 제시되었다. 현재는 케플러의 뒤를 이어 TESS 같은 임무가 더 넓은 하늘을 대상으로 통과 신호를 찾고 있다. 동시에 지상에서는 대형 분광기와 전파 관측, 중력 마이크로렌즈 관측을 활용해, 다양한 궤도와 환경을 가진 외계행성을 사냥하고 있다.

 

우주 행성계의 다양성과 생명 가능성

외계행성 연구가 본격화되면서, 태양계가 전형적인 행성계가 아니라는 점도 서서히 드러났다. 초기에 발견된 많은 행성은 별에 아주 가까이 붙어 도는 거대 가스행성, 이른바 뜨거운 목성이었다. 태양계에서는 이런 구조를 찾아볼 수 없기 때문에, “행성계의 형태가 생각보다 다양하다”는 사실이 확인되었다. 시간이 지나 관측 능력이 개선되면서, 중간 거리의 가스행성, 여러 개가 조밀하게 모여 도는 지구 크기 행성, 두 개의 별을 동시에 도는 행성 등 상상하지 못했던 조합이 속속 보고되고 있다. 행성의 질량과 반지름, 궤도 주기와 별의 밝기를 비교하면, 행성의 평균 밀도와 표면 환경, 별에서 받는 에너지 양을 대략 추정할 수 있다.

특히 관심을 끄는 것은 생명 가능성과 관련된 ‘거주 가능 영역’이다. 거주 가능 영역은 별에서 너무 가깝지도, 너무 멀지도 않아 행성 표면에 물이 액체 상태로 존재할 수 있는 거리 범위를 말한다. 빛의 종류와 별의 활동성, 행성 대기 구성에 따라 실제 환경은 달라지지만, 이 영역 안에 지구 크기에 가까운 행성이 있다는 사실만으로도 많은 상상과 연구가 촉발된다. 향후에는 통과하는 동안 행성 대기를 통과한 별빛을 분광 분석해, 대기 속에 수증기·산소·메탄 같은 분자를 찾아내려는 시도가 본격화되고 있다. 이러한 관측은 “생명 활동의 화학적 흔적”을 찾는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다.

 

외계행성 탐색이 남기는 의미

외계행성 사냥은 단지 천문학자들의 전유물이 아니라, 사람들의 상상력과 세계관에도 큰 영향을 미치고 있다. 다른 별 주위를 도는 행성이 흔하다는 사실은, 지구가 우주에서 특별한 위치라는 전통적인 인식을 다시 생각하게 만든다. 동시에 “생명이 존재할 수 있는 환경이 얼마나 흔한가”라는 질문은, 지구 환경을 어떻게 지켜야 하는지에 대한 의식과도 연결된다. 만약 수많은 외계행성을 찾았음에도 생명의 흔적을 발견하지 못한다면, 지구 생명의 독특함은 더 뚜렷해질 것이다. 반대로 언젠가 생명 활동의 징후를 암시하는 데이터를 얻게 된다면, 인류 문명은 과학적·철학적 질문에 새로운 답을 고민해야 할 것이다.

과학 기술 측면에서는, 외계행성 탐색을 위해 개발된 초정밀 광학, 안정적인 위성 제어, 고도의 신호 처리와 데이터 분석 기술이 다른 분야에도 응용될 수 있다. 지구 기후 관측, 위성 통신, 정밀 측정 장비 개발 등 다양한 영역에서 이 기술들이 활용되고 있다. 또 외계행성에 대한 이야기는 교육과 과학 커뮤니케이션에서도 중요한 소재가 된다. 학생과 일반 시민이 과학에 흥미를 갖도록 돕는 데, “다른 세계를 찾는 탐험”만큼 상상력을 자극하는 주제는 많지 않다.

 

보이지 않는 행성을 통해 보는 우리 자리

외계행성 검출은 결국 보이지 않는 것을 간접적인 흔적으로 확인하는 작업이다. 별빛의 미세한 흔들림, 아주 약한 밝기 감소, 통계적인 왜곡 패턴 같은 작은 신호에서, 먼 우주의 행성 이야기를 복원해 낸다. 이 과정은 과학이 어떻게 작동하는지 잘 보여 준다. 직접 볼 수 없는 대상이라도, 그로 인해 생기는 작은 변화를 꾸준히 관측하고 해석하면, 점점 더 정확한 그림을 얻을 수 있다는 것이다. 지금까지 발견된 외계행성은 수천 개를 넘어섰고, 통계적으로 볼 때 우리 은하에는 별 개수만큼이나 많은 행성이 있을 것이라는 추정이 힘을 얻고 있다.

이런 사실을 떠올리며 밤하늘을 보면, 각 별 주위에 보이지 않는 행성들이 함께 떠 있다는 상상이 보다 현실감 있게 다가온다. 지구 역시 그 수많은 행성 가운데 하나일 뿐이지만, 우리가 알고 있는 한 생명이 꽃을 피운 유일한 행성이다. 외계행성 사냥은 언젠가 다른 생명의 흔적을 찾기 위한 준비이자, 동시에 지금 이 행성을 어떻게 대해야 할지 되묻게 만드는 거울 역할도 한다. 보이지 않는 행성을 찾는 이 탐색은, 결국 우리가 우주에서 어떤 위치에 서 있는지 이해하려는 더 큰 질문의 일부라고 할 수 있다.