지구에서 약 1,200광년 떨어진 곳. 그곳에는 우리 지구보다 조금 더 큰 행성이 하나 있습니다.
이름은 케플러-442b(Kepler-442b)입니다.
케플러-442b는 2015년 NASA의 케플러 우주망원경(Kepler Space Telescope) 관측 자료를 통해 검증된 외계행성입니다. 지금까지 발견된 수많은 외계행성 가운데 이 행성이 특히 관심을 받았던 이유는 단순히 지구와 크기가 비슷해서가 아닙니다.
이 행성은 태양보다 작고 차가운 K형 항성인 케플러-442를 돌고 있으며, 적절한 대기 조건이 갖춰진다면 액체 상태의 물이 존재할 가능성을 논의할 수 있는 거주가능영역(Habitable Zone)에 위치하는 것으로 평가됐습니다. 그렇다면 정말 이곳에는 바다가 있고, 대기가 있고, 어쩌면 생명체까지 존재할까요?
여기서부터 이야기가 조금 복잡해집니다. “거주가능영역에 있다”는 것과 “생명체가 살고 있다”는 것은 전혀 다른 이야기이기 때문입니다.
01. 케플러-442b는 어떤 행성일까?
케플러-442b는 지구보다 약간 큰 슈퍼지구(Super-Earth)로 분류됩니다. NASA 자료에 따르면 행성의 반지름은 지구의 약 1.34배이고, 질량은 약 2.36배입니다. 공전주기는 약 112.3일로, 지구가 태양을 한 바퀴 도는 365.25일보다 훨씬 짧습니다.
하지만 이것만 보고 케플러-442b를 ‘지구보다 조금 큰 지구’라고 생각하면 곤란합니다. 슈퍼지구라는 이름은 생명체가 살기 좋은 환경이라는 뜻이 아니라 지구보다 크지만 거대한 가스행성보다는 작은 행성들을 분류하는 표현에 가깝습니다.
실제로 케플러-442b의 내부가 정확히 어떤 구성으로 이루어져 있는지, 물이 얼마나 존재하는지, 대기가 있는지조차 직접 확인하지 못했습니다. 크기와 질량 같은 관측값을 통해 내부 구조를 추정할 수는 있지만, 행성 표면에 직접 내려가 확인한 것은 아니기 때문입니다.
케플러-442b의 주요 특징
• 행성 유형: 슈퍼지구(Super-Earth)
• 반지름: 지구의 약 1.34배
• 질량: 지구의 약 2.36배
• 공전주기: 약 112.3일
• 발견: 2015년
• 발견 방법: 행성이 별 앞을 지나가며 별빛을 아주 조금 가리는 통과(Transit) 관측
02. 그런데 왜 ‘제2의 지구’라고 불렸을까?
케플러-442b가 유명해진 가장 큰 이유는 거주가능영역(Habitable Zone)과 관련되어 있습니다.
거주가능영역은 행성이 항성에서 너무 뜨겁지도, 너무 차갑지도 않은 적절한 거리에 있어 적절한 대기 조건이 갖춰진다면 표면에 액체 상태의 물이 존재할 가능성이 있는 영역을 말합니다.
중요한 것은 ‘물이 존재한다’가 아니라 ‘물이 존재할 수 있는 거리’라는 점입니다. 실제 표면에 물이 있으려면 대기의 양과 구성, 온실효과, 행성의 반사율과 지질학적 조건 등 다양한 요소가 함께 작용해야 합니다.
케플러-442b는 태양보다 작고 상대적으로 차가운 K형 별을 돌고 있습니다. 따라서 태양계에서 지구가 태양으로부터 받는 에너지와 비슷한 조건을 만들기 위해서는 태양계의 지구보다 항성에 더 가까운 곳을 돌아야 합니다.
2015년 연구에서는 케플러-442b가 항성으로부터 받는 에너지와 행성의 크기 등을 바탕으로 거주가능영역에 위치하는 작은 행성 가운데 하나로 평가했습니다. 이후 NASA 역시 이 행성을 거주가능영역에 위치한 작은 외계행성 가운데 하나로 소개하고 있습니다.
하지만 여기에는 아주 중요한 단서가 붙습니다.
거주가능영역에 있다는 것은 생명체가 발견됐다는 뜻이 아닙니다.
03. 케플러-442b는 지구보다 얼마나 클까?
케플러-442b의 반지름은 지구의 약 1.34배입니다. 따라서 지름 역시 지구의 약 1.34배로 볼 수 있습니다.
지구의 평균 지름이 약 12,742km라는 점을 생각하면 케플러-442b의 지름은 약 17,000km 수준으로 추정할 수 있습니다. 즉 지구보다 약 34% 정도 큰 행성이라고 볼 수 있습니다.
여기서 흥미로운 부분이 하나 있습니다. 크기가 지구와 비슷하다고 해서 표면 환경도 지구와 비슷하다는 보장은 없다는 것입니다.
예를 들어 지구보다 조금 큰 행성이라도 두꺼운 대기를 가지고 있다면 표면 환경은 완전히 달라질 수 있습니다. 반대로 대기가 거의 없다면 항성에서 받는 에너지가 적절하더라도 액체 상태의 물을 오랫동안 유지하기 어려울 수 있습니다.
결국 우리가 정말 알고 싶은 것은 행성의 ‘크기’가 아니라 그곳의 대기와 표면입니다.
지구와 케플러-442b 비교
| 항목 | 지구 | 케플러-442b |
|---|---|---|
| 행성 유형 | 암석형 행성 | 슈퍼지구(Super-Earth) |
| 반지름 | 1 지구반지름 | 약 1.34 지구반지름 |
| 질량 | 1 지구질량 | 약 2.36 지구질량 |
| 공전주기 | 약 365.25일 | 약 112.3일 |
| 항성 | 태양(G형 항성) | 케플러-442(K형 항성) |
| 항성으로부터 거리 | 약 1 AU | 약 0.409 AU |
| 거주가능영역 | 해당 | 거주가능영역에 위치 |
| 표면의 액체 물 | 확인됨 | 현재 확인되지 않음 |
| 대기 | 존재 | 현재 직접 확인되지 않음 |
| 생명체 | 확인됨 | 현재 증거 없음 |
04. 영하 40℃의 행성이라는 이야기는 맞을까?
케플러-442b를 소개하는 일부 콘텐츠에서는 영하 40℃ 안팎의 온도를 실제 행성의 평균 표면온도처럼 표현하기도 합니다. 하지만 현재 관측 자료만으로 케플러-442b의 실제 표면온도를 그렇게 단정할 수는 없습니다.
NASA Exoplanet Archive에는 자료에 따라 케플러-442b의 평형온도(Equilibrium Temperature)가 약 241~260K 수준으로 제시됩니다. 섭씨로 환산하면 대략 영하 32℃에서 영하 13℃ 정도입니다.
그렇다고 해서 이것을 “케플러-442b의 실제 표면온도”라고 말할 수는 없습니다.
평형온도는 행성이 항성으로부터 받는 에너지와 복사 방출 등을 단순화해 계산한 값입니다. 실제 표면온도는 대기와 구름, 반사율, 온실효과 등에 따라 크게 달라질 수 있습니다.
지구 역시 대기가 존재하기 때문에 단순한 복사평형만으로 계산한 온도와 실제 평균 표면온도가 다릅니다. 따라서 케플러-442b의 온도를 이야기할 때는 ‘추정된 평형온도’와 ‘실제 표면온도’를 구분해야 합니다.
05. 그렇다면 물이 있을 가능성은?
바로 이 지점에서 케플러-442b가 흥미로운 행성이 됩니다.
행성이 거주가능영역에 위치한다면, 적절한 대기가 존재할 경우 표면에 액체 상태의 물이 안정적으로 존재할 가능성을 생각해볼 수 있습니다. 하지만 현재 우리는 케플러-442b의 표면에 바다가 있는지조차 확인하지 못했습니다.
지구에서는 물이 너무나 흔하기 때문에 우리는 물의 존재를 당연하게 생각합니다. 그러나 외계행성 연구에서는 이야기가 완전히 다릅니다. 멀리 떨어진 행성의 크기와 궤도를 측정하는 것만으로는 그곳의 바다를 직접 볼 수 없습니다.
그래서 외계행성 연구에서 중요한 다음 단계가 바로 대기 관측입니다. 행성이 별 앞을 지나갈 때 별빛 일부가 행성 대기를 통과하게 되면, 그 빛의 파장을 분석해 대기 속에 어떤 분자가 존재하는지 추정할 수 있습니다.
물론 케플러-442b처럼 지구에서 매우 먼 행성의 대기를 정밀하게 분석하는 것은 쉽지 않습니다. 행성이 작고 항성의 빛에 비해 신호가 매우 약하기 때문입니다.
06. 생명체가 살고 있을 가능성은 얼마나 될까?
이 질문에는 현재 과학적으로 정확한 숫자를 붙이기 어렵습니다.
과거 케플러-442b를 다룬 연구에서는 작은 행성이면서 거주가능영역에 위치한다는 점에 주목했고, 크기와 질량 등을 바탕으로 암석형 행성일 가능성을 연구했습니다. 하지만 암석형 행성일 가능성이 높다는 것과 생명체가 존재한다는 것은 완전히 다른 문제입니다.
생명체가 존재하려면 액체 상태의 물 외에도 안정적인 환경과 적절한 화학적 원소, 에너지원 등 여러 조건이 필요할 수 있습니다. 더 나아가 생명이 실제로 발생했는지, 미생물 수준의 생명체가 존재하는지, 복잡한 생명체까지 진화했는지는 현재의 관측만으로 판단할 수 없습니다.
따라서 케플러-442b를 두고 ‘생명체가 살 가능성이 매우 높은 행성’이라고 단정하는 것보다는 ‘생명체가 존재할 수 있는 환경을 연구할 가치가 높은 후보 행성’이라고 표현하는 편이 과학적으로 훨씬 정확합니다.
07. 우리가 직접 가볼 수 있을까?
현재 기술로는 사실상 불가능합니다.
NASA Exoplanet Archive의 현재 자료에서 케플러-442 계는 약 366파섹 거리에 있습니다. 이를 광년으로 환산하면 약 1,200광년 정도입니다. 우리가 지금 관측하는 케플러-442b의 빛은 약 1,200년 전 그 행성계에서 출발한 셈입니다.
흥미로운 것은 우리가 망원경을 통해 보는 케플러-442b가 ‘현재의 모습’이 아니라는 점입니다. 우리가 보는 빛은 약 1,200년 동안 우주를 여행해 지구에 도착한 것입니다. 그곳에서 어떤 변화가 일어났더라도 그 소식이 지구에 도착하기까지는 다시 오랜 시간이 필요합니다.
만약 우리가 언젠가 케플러-442b에 가까이 다가갈 수 있다면 가장 먼저 확인하고 싶은 것은 무엇일까요? 거대한 바다가 있을까요, 지구와 비슷한 대기가 있을까요, 아니면 우리가 예상하지 못했던 전혀 다른 환경이 기다리고 있을까요?
저는 이런 질문이 외계행성을 바라보는 가장 재미있는 지점이라고 생각합니다. 지금까지 우리가 알고 있는 것은 행성의 존재와 크기, 질량, 궤도 같은 일부 물리적 정보입니다. 하지만 정작 우리가 가장 궁금해하는 “그곳은 어떤 세계인가?”라는 질문에는 아직 제대로 답하지 못했습니다.
망원경으로 작은 별빛의 변화를 측정해 행성 하나의 존재를 알아냈다는 사실만으로도 놀랍지만, 그 행성에 대기가 있는지, 바다가 있는지, 생명체가 있는지 알아내려면 훨씬 더 어려운 관측이 필요합니다.
그리고 바로 그 빈틈 때문에 케플러-442b는 흥미롭습니다. 우리는 이 행성이 지구와 비슷한 조건을 가질 가능성을 이야기할 수 있지만, 아직 지구와 같다고 말할 수는 없습니다. 오히려 ‘비슷해 보이는 행성과 실제로 비슷한 행성 사이에는 얼마나 큰 차이가 있을까?’라는 질문을 던지게 합니다.
08. 우리가 알고 있는 것과 모르는 것
현재 확인된 것
• 케플러-442b는 실제로 존재하는 확인된 외계행성입니다.
• 지구보다 약 1.34배 큰 반지름을 가지고 있습니다.
• 질량은 지구의 약 2.36배로 측정되어 있습니다.
• 약 112.3일에 한 번 항성을 공전합니다.
• K형 항성인 케플러-442를 돌고 있습니다.
• 거주가능영역에 위치하는 작은 외계행성으로 연구되어 왔습니다.
아직 확인하지 못한 것
• 실제 표면에 액체 상태의 물이 있는가?
• 지구와 비슷한 대기가 존재하는가?
• 행성 표면은 어떤 물질로 이루어져 있는가?
• 구름과 온실효과는 어느 정도인가?
• 생명체가 존재하는가?
• 생명체가 존재한다면 어떤 형태인가?
09. 어쩌면 가장 중요한 질문은 따로 있을지도 모릅니다.
케플러-442b를 보면 우리는 자연스럽게 “제2의 지구일까?”라고 묻게 됩니다. 하지만 아직은 이 질문에 답할 수 없습니다.
오히려 지금 단계에서 더 중요한 질문은 “지구와 비슷한 조건을 가진 행성을 우리는 어떻게 구별할 수 있을까?”인지도 모릅니다.
행성의 크기만으로는 부족합니다. 항성과의 거리만으로도 부족합니다. 온도 하나만으로도 부족합니다. 결국 우리는 행성의 대기와 표면 환경을 함께 이해해야 하고, 더 나아가 생명의 흔적이라고 부를 수 있는 화학적 신호까지 찾아야 합니다.
케플러-442b는 우리에게 생명체를 발견해 준 행성이 아닙니다. 대신 생명체가 존재할 수 있는 세계를 어떻게 찾아야 하는지 생각하게 만드는 행성에 가깝습니다.
수많은 별 사이에서 아주 작은 별빛의 변화를 찾아내고, 그 흔적을 통해 수백 파섹 떨어진 행성의 존재를 알아낸 것. 그리고 그 행성이 지구와 비슷한 조건을 가질 가능성이 있는지 다시 질문하는 것.
어쩌면 외계 생명체 탐사의 시작은 이미 이런 방식으로 진행되고 있는지도 모릅니다.
그렇다면 케플러-442b에는 정말 생명이 있을까요?
현재 과학은 아직 그렇다고 말할 증거를 가지고 있지 않습니다.
하지만 한 가지는 분명합니다. 우리가 아직 직접 볼 수 없는 세계가 존재하고 있으며, 그곳이 어떤 모습인지 알아내기 위한 탐사는 계속되고 있다는 것입니다.
그리고 언젠가 우리가 케플러-442b의 대기를 조금 더 자세히 들여다볼 수 있게 된다면, 지금의 질문은 전혀 다른 질문으로 바뀔지도 모릅니다.
“그곳에는 물이 있을까?”에서 “그곳에는 생명의 흔적이 있을까?”로 말이죠.
참고자료
NASA Science — Kepler-442 b
NASA Exoplanet Archive — Kepler-442 System / Kepler-442 b
NASA Science — 1k for Kepler
NASA Science — Goldilocks Stars Are Best Places to Look for Life
Torres et al. — Validation of 12 Small Kepler Transiting Planets in the Habitable Zone
WONDER.DIVE
DIVE INTO THE UNKNOWN.