연구원들은 제임스 웹 우주 망원경의 데이터를 사용하여 외계 행성의 구름 주기를 관찰했습니다. 5월 21일 사이언스(Science) 저널에 발표된 이번 연구는 지구에서 약 700광년 떨어진 마이크로스코피움(Microscopium) 별자리에 위치한 행성 WASP-94A b를 분석하고 그 행성의 대기가 낮과 밤 사이에 어떻게 급격하게 변화하는지를 밝혀냈습니다.
관측 결과는 지구의 양면 사이에 뚜렷한 이분법이 있음을 보여줍니다. 암석에서 발견되는 광물 화합물인 규산 마그네슘 구름은 아침에 형성되다가 온도가 1,000°C를 초과하는 황혼 무렵에 완전히 사라집니다.
가스 거인에서 발견된 대기 순환
WASP-94A b는 크기와 높은 온도로 인해 “뜨거운 목성”으로 분류됩니다. 이 행성들은 별에 매우 가깝게 공전하고 있습니다. 수성은 태양에 더 가깝기 때문에 극한 대기에서 구름 역학을 연구하는 데 이상적인 실험실입니다.
연구원들은 JWST를 사용하여 별 앞의 행성의 통로를 추적했습니다. 망원경을 사용하면 이동 중에 행성의 두 가장자리를 별도로 관찰할 수 있습니다. 즉, 공기가 밤 쪽을 떠나 조명이 있는 쪽(새벽)을 향하는 영역과 흐름이 낮에서 밤으로 이동하는 반대 영역(황혼)입니다.
아침 지역은 규산마그네슘 구름으로 가득 차 있었고, 저녁 지역은 완전히 맑은 하늘을 보였습니다. Johns Hopkins University의 지구 및 행성 과학 분야 Bloomberg 석좌 교수인 David Sing은 이번 발견의 규모를 다음과 같이 강조합니다.
- 기존 예상 : 오전 기온 하락 등 자연적인 차이만
- 진정한 발견: 양측 간의 진정한 기후 이분법
- 결정적인 변화: 구름 양의 엄청난 차이가 지구의 모습을 완전히 바꿉니다.
대기 현상에 대한 설명
연구자들은 관찰된 패턴을 설명하기 위해 두 가지 가능한 메커니즘을 제안합니다. 첫 번째 가설은 지구의 더 차가운 쪽의 구름을 들어올려 따뜻한 쪽의 구름을 대기 속으로 더 깊이 밀어넣는 극도로 강한 바람과 관련이 있습니다. 두 번째 가능성은 지구의 아침 안개에서 일어나는 일과 유사합니다. 구름은 어두운 면에 형성되고 지구의 조명 부분에서 1,000°C 이상의 온도에 도달하면 증발합니다.
Sing은 이전의 대기 분석 과정을 안개가 자욱한 창문을 통해 관찰하는 것에 비유했습니다. 이제 연구원에 따르면 과학자들은 자신의 비전을 명확히 할 수 있을 뿐만 아니라 마침내 구름의 구성과 구름이 지구를 가로질러 이동할 때 어떻게 응축되고 증발하는지 결정할 수 있습니다.
행성 구성 검토
JWST를 통한 관찰 결과 WASP-94A b의 구성이 이전에 상상했던 것과 다른 것으로 나타났습니다. 이전 관측에서는 목성의 농도보다 산소와 탄소 농도가 수백 배 더 높은 것으로 나타났습니다. 새로운 데이터에 따르면 이 행성에는 태양계의 거대 가스 행성보다 이러한 원소가 5배만 더 많은 것으로 나타났습니다.
이번 발견은 외계 행성의 대기 화학에 대한 이전 추정치에 대한 상당한 수정을 나타냅니다. James Webb 망원경의 미세한 세부 묘사 능력은 WASP-94A b의 대기에 대한 이전 장비보다 훨씬 더 정확한 특성 분석을 가능하게 했습니다.
다른 가스 거대 행성에서 확인된 패턴
WASP-94A b를 참고 자료로 사용한 후 연구팀은 8개의 다른 고온 가스 거인을 분석하고 WASP-39 b와 WASP-17 b라는 두 개의 행성에서 동일한 기후 패턴을 발견했습니다. 이러한 현상의 재발은 유사한 역학을 갖는 구름 주기가 모성 근처에서 궤도를 도는 뜨거운 목성의 일반적인 특징일 수 있음을 시사합니다.
연구팀은 이제 다양한 유형의 외계 행성에 대한 구름 주기를 조사하기 위해 제임스 웹 망원경(James Webb Telescope)의 새로운 프로그램을 사용하여 연구를 확장할 계획입니다. 행성이 이동하는 동안 행성의 가장자리를 관찰하는 전략은 매우 효과적인 것으로 입증되었으며 향후 행성 외계 대기 조사에 적용될 것입니다.