그것은 당신에게 이상하게 들릴지 모르지만, 망원경은 고대 탐험가들이 새로운 대륙을 발견하기 위해 사용하는 것보다 탐험의 선박입니다. 망원경은 우리가 이전에 본 것과는 다른 장소를 엿볼 수 있으며, 우리를 불가능한 기괴한 곳으로 데려갑니다. 그러나이 먼 세상은 지구상의 것만 큼 현실적입니다. 망원경이 수집하는 빛은 또한 시간, 수백만, 심지어 수십억 년 동안 과거에 우리를 운반합니다. 우주의 모든 매혹적인 장소 중에서 나는 망원경이 나를 데려 가기를 원합니다. 새로 발견 된 별들 사이의 세계는 내 목록의 맨 위에 있습니다. 다른 나라 나 다른 대륙뿐만 아니라 완전히 새로운 세계로가는 다른 세상으로 여행하는 것은 놀라운 모험입니다. 그리고 우리가 인간이 우주에서 혼자가 아니라면,이 세상은 행성과 달이 지구상에서 우리가 알고있는 것과 비슷하거나 매우 다른 삶을 찾을 수있는 곳일 것입니다.
.가장 간단한 천문학적 도구는 인간의 눈으로, 이웃 행성을 볼 수 있습니다. 어두운 곳에서 밤하늘을 올려다 보면 최소 5,000 개의 밝은 지점과 어느 날 밤에는 더 많은 것을 볼 수 있습니다. 이것들은 별이나 다른 태양이며, 우리가 우리 자신의 태양을 볼 수 있듯이 하늘의 디스크로 볼 수없는 우리와 너무 멀리 떨어져 있습니다. 그러나이 수천 개의 밝은 조명 중에도 몇몇 행성이 있으며, 밤에는 빠르게 움직이는 밝은 지점이 있습니다. 밤하늘에서 가장 밝고 대부분 지구에 가장 가까운 것은 금성입니다. 금성은 지구와 매우 유사하며 지구 질량의 약 80 %와 직경의 95 %가 있습니다. 금성은 또한 한 번에 지구와 같은 바다를 가졌을 수도 있습니다. 그러나 그렇게한다면,이 바다는 우주로 길을 잃었습니다. 표면 열을 증가시켜 물을 증발시키고 대기의 꼭대기까지 운반하고 방사선으로 우주로 빠져 나온 수소로 분해되어 산소로 빠져 나갔다. 오늘날 금성의 표면 온도는 화씨 863도, 대기는 이산화탄소 96 %이며 가성 황산 구름에 가라 앉아 표면이 보이는 빛으로 보지 못하게합니다. 그러나이 반사 구름은 또한 금성을 매우 밝게 만듭니다. 고대 문화가 그것을 모닝 스타 또는 이브닝 스타라고 불렀을 정도로 너무 밝습니다. 그러나 그것은 결코 별이 아닙니다.
태양계 인 Neptune에서 가장 희미한 행성을 보려면 육안으로 할 수있는 것보다 더 많은 빛을 사로 잡아야합니다. 우리는“더 큰 눈”이 필요합니다 :쌍안경 또는 더 나은 망원경. 우리가 쌍안경을 살펴보면 태양에서 8 번째와 가장 먼 행성을 볼 수 있습니다. 4 ~ 6 인치 망원경으로 좋은 밤에는 색상, 디스크 주변의 파란색 색조를 볼 수 있습니다. 지구 크기의 표면에 폭풍이 몇 년마다 형성되고 개혁되며, 큰 어두운 곳으로 보입니다. 폭풍우이지만, 해왕성은 태양계에서 가장 추운 곳 중 하나이며, 온도는 약 55도까지 켈빈 (-360도). 14 번째 달은 2013 년 7 월 15 일 Hubble Space 망원경을 사용하여 발견되었습니다.
태양계를 벗어나기 전에 우리의 관점을 조정하겠습니다. 우리가 태양을 작은 설탕 곡물의 크기로 축소하면 모든 행성이 해왕성으로 나가는 것은 오레오 쿠키의 크기에 맞습니다. 이제 그 쿠키를 손에 들고 주변의 다음 별을 찾으십시오. 약 2 개의 축구장입니다! 빛은 그 거리를 여행하는 데 약 4 년이 필요하지만 태양에서 우리에게 도달하는 데 8 분 밖에 걸리지 않습니다.
우리는 그런 먼 행성을 어떻게 보나요? 우리가 무엇을 찾아야하는지 알면 겸손한 망원경이 우리를 데려 갈 수 있습니다. 1995 년에, 우리는 태양과 같은 별 주변에서 첫 가스 거대한 외계 행성을 발견했습니다. 이 관찰은 보이지 않는 행성으로 인한 작은 별을 찾은 탐정 작업을 기반으로 한 것이 었습니다. 우리가 51 Pegasi B (Exoplanet지도 참조)라고 불렀던 첫 번째 행성은 약 50 년의 빛입니다. 육안으로 호스트 스타를 볼 수 있습니다. 그것은 단 4 일 만에 태양을 공전합니다. 이것은 태양에 가깝고 뜨겁다는 것을 의미합니다. 표면에서 1300도 켈빈이 될 수 있습니다. 태양과의 근접성, 크기 및 구성으로 인해 대부분 헬륨과 수소로 만들어졌습니다. 우리는이 유형의 행성을“뜨거운 목성”이라고 부릅니다. 스위스 천문학 자들은 프랑스의 오트 프로 펜스 전망대에서 2 미터 망원경을 사용하여 스타의 매우 정확한 스펙트럼 지문 (Elodie 분광기)을 허용하는 도구와 함께 발견했습니다. 스타의 흔들림은 스펙트럼 흔들림으로 번역되었으며, 악기에 의해 집어 들었습니다.
HD 209458B라는 다른 가스 행성으로 가자. 이것은 51 Pegasi B와 너무 다르지 않으며, 우리와 조금 더 멀리 떨어져 있습니다 (약 150 광년). 그러나 우리가 찾은 방식 때문에 중요합니다. 우리는 별의 흔들림을 찾는 대신 그림자를 찾았습니다. 우리가 하늘에서 18 ~ 40 센티미터 (7 ~ 16 인치)의 작은 망원경을 사용하여 하늘에서 가장 밝은 지점을 응시한다면 때때로 약간의주기적인 디밍을 감지 할 수 있습니다. 이것은 우연히 기하학적 정렬에 따라 행성이 우리의 시야를 가로 지르면 별을 공전하는 별을 가로 질러 발생합니다. 이것은 일시적으로 그리고 부분적으로 그 별에 대한 우리의 견해를 차단합니다.
HD 209458B는 1999 년 에이 소위 대중 교통 방법을 사용하여 발견되었습니다. 그것은 대략 목성의 크기와 대략 3.5 일마다 별을 끄는 뜨거운 거인 행성 이며이 별의 빛을 약 2 % 만 줄입니다. 그 빠른 궤도는 51 페가시 B와 같이 그것의 별에 매우 가깝다는 것을 의미합니다. 지구와 태양 사이의 거리의 약 4.5 %가 약 4.5 %입니다. 또한 주기적 디밍을 알아 차리기 위해 오래 기다릴 필요가 없기 때문에 모두보기가 더 쉬워지고, 외계 행성이 클수록 더 많은 빛이 차단되기 때문입니다 (이것이 큰 행성을 먼저 찾았습니다). 이에 비해 지구는 태양의 빛을 0.01 % 만 어둡게합니다. 외계인 문명은 우리를 이런 식으로보기 위해 훨씬 더 큰 망원경이 필요하거나 대기 왜곡을 피하기 위해 우주 망원경을 사용해야합니다.
이제 우리는 두 개의 가스 거인을 방문했습니다. 그러나 우리가 정말로 관심이있는 것은 바위 행성입니다. 왜냐하면 그들은 삶을 주최 할 가능성이 높기 때문입니다. Corot-7B라고 불리는 최초의 탐지 된 바위 외계 행성을 방문하려면 500 광년을 여행해야합니다. 지구 주변의 궤도에서 27 센티미터 직경 (10.5 인치) 망원경을 사용하여 발견되었습니다. Corot-7B는 또한 스타와 매우 가깝기 때문에 운송을 쉽게 찾을 수 있습니다. 실제로 그것은 너무 가까워서 너무 뜨겁기 때문에 아마도 표면에 용암의 강이 흐릅니다. 태양을 공전하는 데 20 시간이 조금 넘는 시간이 필요합니다. 태양이 우리의 태양보다 하늘에서 수백 배 더 크게 나타납니다.
.Corot-7B와 같은 행성 (및 Kepler-10B 및 55 Cancri e를 포함한 다른 사람들)은 우리가 알고있는 것처럼 생명을 지원하기에는 너무 뜨겁고, 표면 온도는 암석을 녹일 수 있습니다. 우리가 정말로 관심이있는 것은 더 시원하고 친절한 행성입니다. 이것에 도달하려면, 우리는 조금 더 오래 관찰해야합니다. 지구는 20 시간마다 일년에 한 번만 태양을 통과합니다. 따라서 외계인 천문학자는 적어도 세 번의 트랜스를 잡기 위해 몇 년 동안 우리를 관찰해야 할 것입니다. 첫 번째는 거기에 무언가가 있고, 두 번째는 별을 공전하고 있음을 확인하기위한 두 번째는 궤도 예측을 확인하고 다른 행성이나 달이 지구에서 잡아 당길 지 밝히는 세 번째 것이 있습니다. 별이 더 작 으면 행성이 동일한 방사선을 얻기 위해 더 가까이 있어야하므로 궤도를 더 빨리 궤도로 켜야합니다. 이것이 우리가 시원한 붉은 별 주위에서 궤도를 발견 한 최초의 시원하고 잠재적 인 바위 행성 (Gliese 581 D, Kepler-62e 및 Kepler-62f)을 발견 한 이유입니다.
더 시원한 행성을 찾으려면 (문자 그대로) 지구의 망원경을 버려서 약간 더 멋진 무언가를 포기합시다. Kepler 망원경은 105 평방 정도의 시야를 갖춘 특별히 설계된 망원경으로 팔 길이의 손 부위와 비슷합니다. Kepler는 일종의 터널 비전을 가지고 있습니다. 그것은 전체 임무를 위해 같은 별 들판을 쳐다보고 약 150,000 개의 별의 밝기를 지속적으로 그리고 동시에 모니터링합니다. 직경도 0.95 미터입니다. 이것은 광자 계수에 내재 된 소음을 줄이고 지구 크기에 대한 트랜스 팅 행성의 밝기의 작은 변화를 측정 할 수있게한다.
.Kepler는 더 작고 시원하며 (인생이 끝나는 한) 더 흥미로운 행성, 바위가 많고 지구의 두 배보다 작은 반경으로 이동할 수있게 해줍니다. 우리는 특히 별과의 거리가 표면에 액체 물을 허용하는 행성에 관심이 있습니다. 그러한 행성은 거주 가능한 구역이라는 지역에 있습니다. 거주 가능한 구역의 범위 (및 그것이 포함하는 행성의 온도)는 별빛 (너무 밝거나 희미하지 않아야 함)뿐만 아니라 행성의 대기에서 이산화탄소 수준을 조절하는 지구 화학적주기를 통해 제어됩니다. 지구의 버전은 탄산염 실리케이트 사이클입니다. 이러한 사이클은 모닥불 옆에 스웨터를 입거나 도핑하는 등 온도를 일관되게 유지하기 위해 필요한 경우 거주 가능한 영역 전체의 온도를 냉동하여 온도 가스 농도를 추가하고 감소시킵니다.
.Kepler는 최근에 거주 가능한 구역이없이 처음 두 개의 암석 트랜스 팅 행성 (40 %, 다른 60 %는 지구보다 60 % 더 큽니다. 두 행성은 Kepler-62 시스템에 있으며,이 시스템은 약 1,200 광년 떨어져 있으며 최소 3 개의 다른 행성을 포함하고 있으며 모두 별에 더 가깝습니다. 그러나 우리는 흥미로운 행성을보기 위해 지금까지 여행 할 필요는 없습니다. 더 큰 거리는 다소 더 큰 이유의 결과입니다. 즉, Kepler는 통계 임무이며 충분한 데이터를 수집하기 위해 많은 별들과 함께 하늘의 일부를 면밀히 조사해야한다는 것입니다. 이것은 하늘의 먼 부분을보아야했는데, 여기에는 주어진 시야에 대해 더 많은 수의 별이 포함되어 있습니다. 경도에서도 1,200 광년은 꽤 멀다. 샤를 마네가 가벼운 용기로 이륙했다면, 그는 지금 거기에 도착했을 것입니다!
Kepler는 우리에게 시작일뿐입니다. NASA는 2017 년 Transiting Exoplanet Survey Satellite (Tess)에 출시 될 예정입니다. Tess는 "All-Sky"Kepler입니다. 그것은 하나의 좁은 들판을 단추화하지 않고 하늘 전체에서 가장 가까우며 가장 밝은 별 주위에 작은 트랜스 링 외계 행성을 찾습니다. Tess는 처음 2 년, 북쪽 하늘에서 1 년, 남쪽 하늘을 위해 전체 하늘 전체를 스캔합니다. 그것은 우리를 수천 년의 빛이 아닌 태양열 동네에있는 행성으로 데려 갈 것입니다. 이 행성들은 너무 가깝거나 별이 밝기 때문에 밝을 것입니다. 즉, 차세대 망원경을 구축 한 후에는 분위기를 검사 할 수 있습니다.
분위기를 식별하기 위해 외계 행성에 가까워지는 것은 흥미로운 전망입니다. 트랜스 팅하는 행성이 별을 우리의 견해를 차단하면 그 별의 빛의 일부가 행성의 대기를 통해 필터링됩니다. 이것은 특징적인 흡수 스펙트럼을 생성합니다. 우리가 측정하는 빛은 누락 된 에너지 덩어리를 보여 주며, 이는 지구 대기의 원자와 분자를 자극하는 데 사용됩니다. 하와이의 트윈 케크 망원경과 같은 2 개의 10 미터 거울이있는 트윈 케크 망원경이나 2.4 미터 직경의 허블과 같이 현재 우리가 가지고있는 가장 큰 망원경은 이미이 스펙트럼을 사용하여 뜨거운 목자의 대기에서 일부 가스를 감지 할 수 있습니다. 작고 바위가 많은 지구 같은 행성에 대해 유사한 관찰을하려면 허블을 따라갈 6.5 미터 제임스 웹 스페이스 망원경이나 20 미터에서 40 미터까지의 새로운 대지 망원경과 같은 더 큰 망원경이 필요합니다.
이 대기 시그니처에 숨겨져있는 것은 생명 호흡의 징후가 될 수 있습니다. 멀리서 지구를보고있는 외계인의 경우,이 말의 스펙트럼 지문은 산소 (또는 오존), 산소 (메탄 또는 기타 환원 가스와 같은) 및 물과 반응하는 가스의 조합 일 것입니다. 따라서 우리는 다른 행성에서 동일한 서명을 찾습니다. 환원 가스의 존재는 우리가 관찰 한 산소가 반응 할 것이 없기 때문에 단지 붙어있는 것이 아니라는 것을 확신시킬 것입니다. 산소가 감소 가스와 반응한다면, 무언가 (희망적으로 생명!)는 지속적으로 산소를 생산하고 많은 양으로 그것을 보충해야합니다. 우리는 지질 학적 과정이 그렇게하는 방법을 찾지 못했습니다. 따라서이 세 가지 가스 (산소, 오존 및 감소 가스)의 조합은 생명의 징후 징후입니다.
행성의 분위기가 무엇인지, 얼마나 빨리 회전하는지 알면 날씨 패턴과 환경이 표면에있을 수있는 것에 대해 생각할 수 있습니다. 다른 세계의 성층권으로 이산화황을 높이는 거대하고 폭발적인 화산은 탐지 할 수있어 지질 역사를 연구하고 지구의 지구와 비교할 수 있습니다. 다시 말해, 우리는 비교 행성학을 시작할 수있었습니다. 우리 자신의 지질 학적 기록을 기반으로 지구의 변화하는 스펙트럼 지문은 세상의 빛이 나오는 일에 대한 통찰력을 줄 수 있습니다.
이것이 우리를 위해 우리가 가질 수있는 것입니다. 그러나 우리가 미래를 바라 볼 때, 우리는 가장 대담한 행성 탐사를 떠올리게됩니다. Voyager 1은 1977 년 9 월에 여행을 시작하여 당시 획기적인 10 가지 악기를 들고있었습니다. 두 개의 보이저 임무는 22 개의 새로운 위성, 우라 니아 및 흑인 마그네토 스피어, IO에 대한 활성 화산, 목성의 고리 및 해왕성의 대규모 폭풍을 발견했습니다. 각 Voyager 임무는 지구의 사진, 해안에서 파도의 소리, 블라인드 Willie Johnson을 포함한 금도금 된 시청각 사음 음소 기록을 가지고있었습니다.
그러나 아마도 가장 놀랍게도 1990 년에 외부 태양계를 특성화하는 임무를 완수 한 후 Voyager는 돌아 서서 지구의 숨막히는 그림을 찍었습니다. 처음으로, 우리는 우리가 어떻게 또는 다른 지구가 수십억 마일 떨어진 곳에서 볼 수 있었는지, 옅은 푸른 점, 우주에 매달려 있고 주변 환경의 광대 함에서 작고 길을 잃었을 것입니다. 그러나 지구에는 놀라운 다양성의 생명체가있는 곳이며, 그 중 일부는 다른 행성에 생명이있을 수 있는지 궁금해하는 별을 바라본다. 오늘날까지 지구의 보이저 그림은 우리 지구에서 찍은 가장 먼 사진입니다.
우리는 이제 지구가 우리 은하수의 수십억 개의 행성 중 하나라는 것을 알고 있습니다. 우리는 거주 가능한 구역에서 더 많은 바위 행성을 발견하고 스펙트럼 지문을 읽기 위해 더 강력한 망원경을 만들면서, 우리는 또 다른 옅은 파란색 점을 찾는 진정으로 순간적인 일을 시작합니다.
Lisa Kaltenegger는 Max Planck Institute for Astronomy의 연구 그룹 리더이자 Astrophysics Harvard-Smithsonian Center의 연구원입니다.
