스타워즈 타투인처럼 하늘에 두 개의 태양이 뜨는 행성이 실제로 존재합니다. 쌍성계 행성은 복잡한 궤도와 극단적인 환경 속에서 우주의 다양성을 보여주는 흥미진진한 천체입니다. 두 개의 태양이 뜨는 행성, 쌍성계에서 발견된 놀라운 세계들에 대해 알아보겠습니다.
쌍성계 행성, SF가 현실이 된 순간
1977년 개봉한 영화 스타워즈에서 주인공 루크 스카이워커는 사막 행성 타투인에 살고 있었다. 그 유명한 장면이 있다. 석양을 바라보는 루크의 뒤로 두 개의 태양이 지평선 너머로 사라진다. 당시에는 그저 멋진 SF 설정일 뿐이었다. 하지만 2011년, 케플러 우주망원경이 실제로 쌍성계를 도는 행성 케플러-16b를 발견하면서 상황이 바뀌었다. 정말로 두 개의 태양이 뜨는 행성이 존재한다는 게 확인된 것이다. 우리 은하의 별 중 절반 이상이 쌍성 또는 다중성계를 이루고 있다는 사실을 생각하면 오히려 당연한 일일지도 모른다. 하지만 쌍성계에서 행성이 안정적으로 존재할 수 있을지는 오랫동안 의문이었다. 두 별의 중력이 행성 궤도를 심하게 교란시켜 결국 행성을 파괴하거나 방출시킬 거라는 우려가 있었다. 실제로 쌍성계 행성의 궤도는 매우 복잡하고 섬세한 균형 위에 있다. 잘못하면 한쪽 별에 너무 가까워지거나 두 별 사이에 끼어 찢어질 수도 있다. 그럼에도 불구하고 자연은 놀라운 방법으로 안정성을 찾아낸다.
쌍성을 도는 두 가지 방식
쌍성계 행성의 궤도는 크게 두 종류로 나뉜다. 첫 번째는 순환 궤도, 영어로 서큐바이너리 오빗이다. 행성이 두 별 모두를 중심으로 큰 원을 그리며 도는 경우다. 타투인 같은 행성이 바로 이 케이스다. 케플러-16b가 대표적인 예다. 이 행성은 토성 정도 크기의 가스 행성으로, 두 별에서 충분히 멀리 떨어져 있어 비교적 안정적이다. 두 별은 서로를 41일 주기로 도는데, 행성은 그 두 별을 229일에 한 바퀴 돈다. 밤하늘을 올려다보면 두 개의 해가 서로 춤추듯 움직이는 광경을 볼 수 있을 것이다. 일식도 독특하다. 한 별이 다른 별 앞을 지나가면서 일어나는 별-별 일식과, 행성이 별 앞을 지나가는 일반 일식이 복잡하게 얽힌다. 두 번째는 별 주변 궤도다. 쌍성 중 한 별만을 중심으로 도는 경우를 말한다. 이 경우 나머지 별은 멀리 떨어져 있어 밤하늘의 밝은 별처럼 보인다. 알파 센타우리 시스템이 좋은 예다. 세 개의 별로 이루어진 이 시스템에서 프록시마 센타우리 b라는 행성이 발견됐다. 이 행성은 프록시마만을 도는데, 다른 두 별은 하늘에서 아주 밝은 별처럼 보일 것이다. 별 주변 궤도가 안정적이려면 동반성이 충분히 멀리 떨어져 있어야 한다. 일반적으로 행성 궤도 반지름의 3배 이상 떨어져 있으면 안정적이다. 너무 가까우면 동반성의 중력이 행성 궤도를 흔들어 결국 충돌하거나 방출된다. 컴퓨터 시뮬레이션으로 수백만 년을 돌려보면 어떤 궤도가 살아남을 수 있는지 예측할 수 있다.
극한의 환경과 생명 가능성
쌍성계 행성의 환경은 단일 별 시스템과 크게 다르다. 가장 큰 차이는 복사 에너지 변화다. 행성이 두 별을 돌다 보면 받는 에너지가 계절적으로 크게 요동친다. 두 별에 가까울 때는 뜨겁고, 멀 때는 차갑다. 이런 극단적인 온도 변화는 대기 순환에 엄청난 영향을 미친다. 또한 조석력도 복잡하다. 두 별이 각각 다른 방향에서 잡아당기면 행성은 여러 방향으로 동시에 늘어나고 줄어든다. 이는 내부 가열을 일으켜 화산 활동을 촉진할 수 있다. 케플러-47 시스템은 특히 흥미롭다. 이 쌍성계에는 세 개의 행성이 발견됐는데, 그중 케플러-47c는 골디락스 존에 위치한다. 이론적으로 생명체가 존재할 가능성이 있다는 뜻이다. 물론 이 행성은 가스 행성이라 표면이 없지만, 만약 위성이 있다면 그 위성에서 생명이 가능할 수도 있다. 영화 아바타의 판도라처럼 말이다. 쌍성계 행성에서의 시간 개념도 복잡하다. 낮과 밤의 길이가 불규칙하고, 계절의 패턴도 예측하기 어렵다. 한 별이 질 때 다른 별이 뜨면 밤이 없을 수도 있고, 두 별이 동시에 지면 긴 밤이 온다. 이런 환경에서 생명체가 진화한다면 어떤 모습일까? 상상만으로도 흥미진진하다. 앞으로 더 많은 쌍성계 행성이 발견될 것이다. 통계에 따르면 별의 절반이 쌍성이므로 행성의 상당수도 쌍성계에 있을 가능성이 높다. 우리가 살고 있는 태양계가 오히려 특이한 케이스일지도 모른다. 두 개의 태양 아래서 일어나는 일출과 일몰, 그리고 복잡하게 변하는 계절. 쌍성계 행성은 우주가 얼마나 다채로운지 보여주는 살아있는 증거다.