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K2-18b: 이 외계 행성의 수소 대기에는 어떤 알려지지 않은 비밀이 숨겨져 있나요?
K2-18b는 지구에서 약 124광년 떨어진 적색 왜성 K2-18 주위를 공전하는 외계 행성입니다. 이 행성은 크기가 지구보다 약 2.6배 큰 해왕성 이하로 분류되며, 33일 주기로 모항성의 거주 가능 구역 내에서 공전합니다. 이는 지구만큼 많은 별빛을 받는다는 것을 의미합니다. 이 행성은 케플러 우주망원경으로 처음 발견되었고, 나중에 대기를 연구하기 위해 제임스 웹 우주망원경(JWST)으로 관측되었습니다.
2019년에 과학자들은 K2-18b의 대기에 수증기가 존재한다는 사실을 처음으로 보고했는데, 이는 큰 관심을 끌었습니다.
2023년 JWST는 K2-18b 대기에서 이산화탄소와 메탄을 검출했습니다. 이 데이터에 대한 다양한 해석에 따르면 K2-18b는 수소가 풍부한 대기를 가진 물 행성이거나 가스가 풍부한 미니 해왕성일 수 있습니다. 어쨌든 K2-18b는 지구의 거주 가능 조건보다는 해왕성이나 천왕성을 모방한 것에 더 가깝습니다. 이로 인해 잠재적인 거주 가능성에 대한 광범위한 논의가 촉발되었습니다.
K2-18의 특징
K2-18은 사자자리에 위치한 M형 왜성으로, 온도는 3457K에 불과하고 반지름은 태양의 45%에 불과합니다. 이 별의 나이는 약 24억년이고 적당한 항성 활동을 보이고 있습니다. 이 별은 또한 K2-18b, K2-18c의 궤도에 행성을 호스팅하고 있으며 조수 효과를 통해 K2-18b와 상호 작용할 수 있습니다.
K2-18b의 물리적 특성
K2-18b의 반경은 2.610±0.087 R🜨이고 질량은 8.63±1.35 ME입니다. 행성의 밀도는 수소가 풍부한 외부 껍질, 아마도 암석 핵과 두꺼운 외피를 가지고 있거나 해왕성과 같은 구성을 가지고 있을 수 있음을 시사합니다. 이러한 적당한 크기의 행성은 놀랍게도 드물며 반경 계곡으로 알려진 것을 형성합니다. 행성이 형성되는 데 수백만 년이 걸렸을 수 있지만 조수 가열이 이 과정에 기여했을 가능성은 거의 없습니다.
바다의 존재 가능성
K2-18b에 액체 상태의 물이 존재하는지 여부는 여전히 불분명합니다. 이전 데이터에서는 물이 초임계 상태에 있다고 제안했지만 JWST의 관측에서는 액체 바다가 존재할 가능성이 있음을 지적했습니다. 그러나 이를 확인하는 것은 매우 어렵습니다. 왜냐하면 바다의 존재는 바다의 질량과 반경만으로는 추론할 수 없기 때문입니다.
연구원들은 초임계 상태에서는 더 이상 액체와 기체 사이의 경계가 없어 바다의 존재를 정의하기가 더 어렵다고 말했습니다.
이전 연구에서는 K2-18b의 대기에 암모니아, 탄소 단순화 분자 등 다른 구성 요소가 있을 수 있다고 믿었지만 모델마다 이러한 구성 요소에 대해 다른 설명이 나와 과학계에서는 여전히 논쟁을 벌이고 있습니다.
대기 및 기후
허블 우주 망원경의 관측에 따르면 K2-18b에는 수소 대기가 존재하며 수증기의 존재 여부에 대해서는 여전히 불확실성이 남아 있습니다. JWST 관측에 따르면 대기 중 수증기 농도는 0.1% 미만으로 매우 낮습니다. 또한 JWST는 메탄과 이산화탄소가 각각 대기의 약 1%를 차지한다는 사실을 관찰했습니다. 다른 탄소 산화물의 농도는 결정되지 않았으며 상한선만 사용 가능합니다. 대기는 행성 질량의 최대 6.2%를 차지하며, 그 구성은 해왕성이나 천왕성과 유사할 수 있습니다.
행성 진화
K2-18b의 상부 대기는 모항성에서 나오는 고에너지 복사의 영향을 받게 됩니다. 이 고에너지 복사는 대기를 가열하고 수소 가스를 형성하여 대기 탈출로 이어질 수 있습니다. 이러한 과정은 이 과정이 계속되더라도 K2-18b가 일생 동안 대기를 완전히 잃지 않을 수도 있음을 시사합니다.
거주가능성
이 행성은 별의 거주 가능 구역에 위치하고 있으며, 받는 항성 방사선의 양은 약 1368+114−107W/m2로 지구와 비슷합니다. 그러나 K2-18b의 실제 거주 가능성을 확인하는 방법은 대기 구성과 구름의 알베도에 따라 달라집니다. 관찰에 따르면 행성의 깊은 대기는 과열되었을 수 있으며, 물이 풍부한 층은 생명체의 발달에 적합할 수 있습니다.
미생물은 수소가 풍부한 환경에서도 생존할 수 있으며, 이는 수소가 생명에 걸림돌이 되지 않음을 시사합니다.
K2-18b는 확실히 매력적인 연구 주제입니다. 제임스 웹 우주망원경이 다시 우주로 돌아오면서 행성에 대한 심층 탐사를 통해 더 많은 비밀이 밝혀질 것으로 예상됩니다. 그렇다면 이 행성이 정말로 생명체를 지탱할 수 있을까요?
