바다가 있는 외계행성을 찾는 방법

바다와 외계행성

우리 행성의 바다는 햇빛이 반사될 때 빛 신호를 생성합니다. 상당한 해양 범위를 가진 외계 행성들도 마찬가지일 수 있습니다. 여러분은 큰 바다를 가진 다른 지구처럼 지구를 식별하기 위해 지구의 반사 신호를 사용할 수 있나요? 새로운 연구는 지구 바다에서 반사된 빛의 신호를 조사했고, 그 빛의 흐름과 편광을 조사했습니다. 연구원들은 두 개의 지구를 모델로 만들었습니다. 그것은 건조한 행성이고 지구와 같은 구름과 대기를 가진 습한 행성입니다. 그리고 나서 그들은 다른 조건에서 행성에서 빛이 반사되는 방법을 시뮬레이션했습니다. 그들은 바다만이 특정한 방법으로 빛의 편광을 줄일 수 있다는 것을 발견했습니다. 이 연구의 제목은 "지구와 같은 외계 행성의 총 유속과 편광 스펙트럼의 해양 특징"입니다. 

그것은 천문학 및 천체물리학 저널에 게재될 예정이지만, 현재 온라인 사전 보도 사이트 arxiv.org에서 구할 수 있습니다. 저자는 VJH Trees와 DM Stam입니다. Trees는 네덜란드 왕립 기상 연구소에서 왔고 Stamis는 Delft 공과대학교에서 왔습니다. 과학자들은 외계 행성에서 수증기를 발견했지만, 그 행성이 별 앞에 있고 별빛이 대기를 통과할 때 분광법으로 감지됩니다. 이 관찰은 물의 분자적 특징을 드러냈지만, 현재 바다가 있는지 알 수 있는 방법은 없습니다. 액체 바다의 실제 관찰은 행성이 반사하는 별빛을 직접 감지해야만 가능합니다."

 

행성마다 바다의 크기

일부 과학적 추정에 따르면, 알려진 외계 행성 중 최대 4분의 1이 바다를 가지고 있지만, 대부분의 물은 지하 바다에 있을 수 있습니다. 우리의 태양계에서, 지구만이 표면 바다를 가지고 있습니다. 태양계의 많은 위성들은 표면 아래에 바다를 가지고 있고 몇몇 왜행성들도 그렇게 할 것입니다. 우리는 외현성에서 지하 바다를 탐지하는 것에 근접하지는 않았지만, 망원경 기술이 발전함에 따라 지구와 같은 행성에서 바다를 탐지할 수 있을 것입니다. 논문의 저자들은 "지구와 같은 외계 행성이 반사하는 별빛의 수치 시뮬레이션은 미래의 망원경으로 검색할 수 있는 거주가능성 신호를 예측합니다." 수치적 외계 행성 시뮬레이션에서, 연구원들은 총 플럭스(F), 편광 플럭스(Q), 편광도(Ps)의 세 가지를 계산했습니다. 그들은 특정한 방법으로 바다를 모형화했습니다. "바다는 자연 그대로의 푸른 바닷물 위로 바람에 흩날리는 파도, 거품, 물결 그림자가 있는 표면을 반사하는 프레넬로 이루어져 있습니다."라고 그들은 설명합니다. 프레넬 반사는 반사된 빛이 입사광과 같은 평면에 있을 때입니다. 그것은 또한 Augustin-Jean Pressnel의 이름을 따서 평행 편광이라고도 불립니다. 그는 빛을 더 좁은 광선에 집중시키기 위해 등대에서 사용되는 렌즈를 발명했습니다.

 

별빛이 편광되지 않을 것으로 예상되기 때문에 바다에서 나오는 빛의 편광을 측정하는 것이 중요합니다. 또한 광신호는 거리에 따라 감소하지만 편광 정도는 감소하지 않습니다. 안타깝게도, 천문학자들은 아직 바다에 의해 반사되는 편광을 측정할 수 없습니다. "현재 지상망원경과 우주망원경은 지구와 같은 외계 행성에서 반사되는 편광을 측정할 수 없습니다,"라고 저자는 설명합니다.

 

하지만 그것은 바뀔 것입니다.

다가오는 유럽 극초대형 망원경 (E-ELT)과 나사가 개발 중인 우주 망원경의 개념인 대형 자외선 광학 적외선 조사 (LUVOOR) 둘 다 편광을 측정할 수 있습니다. 본 연구와 같은 수치 모델은 외해에서 반사되는 빛의 편광을 감지하는 데 필요한 장비 및 관찰 절차를 설계하는 데 사용됩니다. 이 작업의 주요 측면 중 하나는 편광 정도 또는 Ps입니다. 아래 이미지는 건조하고 구름 없는 행성의 P와 구름 없는 해양 행성의 P를 비교한 것입니다. 주요 함축은 P가 측정 가능한 특정 상황에서만 해당된다는 것입니다. 저자가 지적하듯이, "Ps의 딥은 오직 해양 행성에서만 관찰되며 반짝이에 구름이 없을 때에만 관찰됩니다." 이것은 그들의 결과를 간략하게 요약한 것이지만, 그것은 그들이 무언가를 하고 있다는 것을 보여줍니다. 만약 우리가 바다가 있는 외계 행성을 발견한다면, 혹은 언제 발견된다면, 그것은 이정표가 될 것입니다. 우주 과학계는 그들이 그곳에 있고 생명체를 지탱할 강력한 잠재력을 가지고 있다고 확신합니다. 과학자들이 외계 행성의 밀도 대 크기를 측정할 때, 외계 해양에 대한 힌트가 나타납니다. 하지만 지금으로서는 우리가 수면의 바다를 감지하고 있는지 확인할 방법이 없습니다. 연구원들은 얼마 동안 외모를 감지하는 문제에 대해 연구해 왔고 그 문제를 다루는 또 다른 논문을 발표했습니다. 만약 그들의 시뮬레이션이 정확하다면, 우리는 먼 거리에서 해양 세계를 탐지할 수 있는 믿을 만한 방법을 개발할 수 있습니다. E-ELT는 2027년경에 첫 빛을 보게 될 것이고 바다에서 반사되는 편광된 별빛을 감지할 수 있을 것입니다. 곧 우리는 최초로 알려진 해양 외계 행성을 갖게 될 것입니다.