🪐TRAPPIST-1e에는 정말 물이 있을까 — JWST도 아직 명확히 답하지 못하는 이유

📑 목차

• 🔭 우연히 다시 마주친 이름, TRAPPIST-1e
• 🪐 TRAPPIST-1e는 정확히 뭐가 특별한가
• 🛰️ JWST가 먼저 들여다본 건 이웃 행성들이었다
• 🌫️ 그런데 e는 훨씬 다루기 까다로운 대상이다
• 📝 지금 시점에서 정리하면

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🔭 우연히 다시 마주친 이름, TRAPPIST-1e

며칠 전에 오래된 즐겨찾기 폴더를 정리하다가 2017년에 저장해둔 NASA 보도자료 링크 하나를 다시 열어봤다. "지구 닮은 행성 7개, 한 별 주위에서 무더기로 발견"이라는 제목이었다. 그때는 그냥 신기하다고만 생각하고 넘어갔는데, 최근에 제임스웹우주망원경(JWST) 관련 논문 몇 개를 훑어보다가 그 7개 행성 중 하나인 TRAPPIST-1e 이름을 다시 보게 됐다. 막상 "그래서 지금 결론이 뭔데?"를 찾아보니 생각보다 답이 깔끔하지 않았다. 그 답답함을 정리해보려고 이 글을 쓴다.

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🪐 TRAPPIST-1e는 정확히 뭐가 특별한가

TRAPPIST-1은 지구에서 약 40광년 떨어진 물병자리 방향의 초저온 왜성(ultra-cool dwarf, 분광형 M8V)이다. 벨기에 리에주대의 미카엘 질롱(Michaël Gillon) 연구팀이 2016년에 처음 3개 행성을 발견했고, 2017년 Nature에 발표한 후속 논문에서 총 7개 행성이 확인됐다. 이 중 e는 안쪽에서 네 번째 행성으로, 반지름이 지구의 약 0.92배, 질량은 약 0.69배다. 밀도로 추정한 내부 구조도 지구와 비슷한 암석질+철핵 조합에 가깝다는 게 지금까지 나온 추정치다. 공전주기는 6.1일로 매우 짧지만, 별 자체가 워낙 어둡고 차가운 적색왜성이라 이 정도 거리에서도 이론상 '생명체 거주 가능 영역' 안에 든다.

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🛰️ JWST가 먼저 들여다본 건 이웃 행성들이었다

e 얘기를 하기 전에 먼저 짚어야 할 게 있다. JWST가 TRAPPIST-1 행성계에서 가장 먼저 구체적인 숫자를 내놓은 건 e가 아니라 더 안쪽에 있는 b와 c였다. 2023년 Nature에 실린 토머스 그린(Thomas Greene) 연구팀 논문은 MIRI 기기로 15마이크로미터 파장에서 b의 '2차 식(secondary eclipse)'을 측정했는데, 이때 나온 주간 표면 온도가 약 500K(섭씨 227도 정도)였다. 이 값은 대기가 거의 없는 맨 암석 표면일 때 예상되는 온도와 거의 일치해서, 연구팀은 b에 두꺼운 대기가 있을 가능성을 사실상 배제했다. 같은 해에 세바스티안 지에바(Sebastian Zieba) 연구팀이 c를 같은 방식으로 관측했는데, 주간 온도가 약 380K(섭씨 107도)로 나왔다. 이 수치 역시 금성처럼 두꺼운 이산화탄소 대기를 가진 경우 예상되는 온도보다 낮아서, c에도 두꺼운 CO2 대기는 없다는 결론으로 이어졌다.

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🌫️ 그런데 e는 훨씬 다루기 까다로운 대상이다

문제는 이 방법을 e에 그대로 적용하기가 어렵다는 점이다. e는 b, c보다 별에서 더 멀리 떨어져 있어서 표면 온도 자체가 낮고, 그만큼 2차 식으로 잡히는 열복사 신호도 약하다. 그래서 e는 온도를 직접 재는 방식 대신, 행성이 별 앞을 지나갈 때 별빛이 대기를 통과하면서 남기는 흡수선을 분석하는 투과 분광(transmission spectroscopy) 쪽으로 관측이 몰린다. 그런데 여기서 또 다른 변수가 끼어든다. TRAPPIST-1 같은 M8V 초저온 왜성은 표면에 흑점과 백반이 불균일하게 분포해 있는 경우가 많다. 벤저민 랙햄(Benjamin Rackham), 다니엘 아파이(Dániel Apai), 마크 자일스(Mark Giles)가 2018년에 정리한 '통과광원 효과(transit light source effect)'에 따르면, 행성이 가리는 별 표면과 가리지 않는 별 표면의 흑점 분포가 다르면 실제로는 대기에 없는 성분이 있는 것처럼, 혹은 있는 성분이 없는 것처럼 스펙트럼이 왜곡될 수 있다. 그래서 TRAPPIST-1e의 스펙트럼은 한두 번 관측으로 끝나지 않고, 여러 번의 통과를 겹쳐 찍어서 별 자체의 잡음을 걸러내는 작업이 함께 필요하다.

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📝 지금 시점에서 정리하면

그래서 지금 내가 이해한 상태를 정리하면 이렇다. TRAPPIST-1e가 암석형 행성이라는 것, 이론상 물이 액체로 존재할 수 있는 거리에 있다는 것까지는 밀도와 궤도 계산으로 상당히 안정적으로 나온 결론이다. 하지만 실제로 대기가 있는지, 있다면 두께와 성분이 어떤지는 b·c처럼 깔끔한 숫자 하나로 정리된 게 아직 없다. 대기가 전혀 없다고 가정하면 평형온도가 영하 20도 안팎으로 계산되지만, 온실효과를 내는 대기가 있다면 그보다 훨씬 따뜻해질 수 있다. 결국 'TRAPPIST-1e 물 존재 가능성'이라는 문장 자체가 대기 관측 결과가 나오기 전까지는 조건부로만 말할 수 있는 얘기다. 개인적으로는 b와 c의 결과가 나온 과정을 보면서, e에 대한 답도 깔끔한 한 방보다는 여러 번의 보정과 재검증을 거쳐 조금씩 좁혀질 거라는 인상을 받았다.

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