좌표: 11h 30m 14.518s, +07° 35' 18.257°
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K2-18b

K2-18b
K2-18b
적색왜성 K2-18 주위를 도는 K2-18b(오른쪽)의 작가 소감(왼쪽).그들 사이에 외계 행성 K2-18c가 나와 있습니다.
디스커버리
디스커버리 사이트케플러 우주 망원경
발견일자2015
트랜짓
궤도 특성[1]
0.56010+0.00046-0
.00047 au
21,380,000 km
편심0.09+0.12
−0.09[2]
32.940045±0.000100d
별K2-18
물리적 특성
평균반지름
2.610±0.087 R🜨
덩어리8.63±1.35M🜨
2.67+0.52-0
.47g/cm3
12.43+2.17-2
.07m/s2
온도265 ± 5K(-8 ± 5°C)

K2-18b 또는 EPIC 201912552 b는 적색 왜성 K2-18 주위를 도는 외계 행성으로, 지구에서 124광년 떨어져 있습니다.케플러 우주 망원경으로 처음 발견된 이 행성은 지구 질량의 약 8배이며, 따라서 미니 해왕성으로 분류됩니다.이 별의 생명체 거주 가능 영역 내에서 33일간의 궤도를 가지고 있는데, 이는 지구가 태양으로부터 받는 것과 거의 같은 양의 별빛을 받고 액체 상태의 물의 존재를 허용하는 비슷한 조건을 가질 수 있다는 것을 의미합니다.

2019년 K2-18b 대기에 수증기가 존재한다는 사실이 발견되면서 이 시스템에 관심이 집중되었습니다.K2-18b는 온도는 차치하고 지구보다 천왕성이나 해왕성 같은 가스 행성과 더 유사한 잠재적인 거주할 수 있는 세계로 연구되어 왔습니다.

2023년 제임스 웹 우주 망원경은 외계 행성 K2-18b의 대기에서 이산화탄소, 메탄, 디메틸설파이드를 검출했습니다.웹의 자료에 따르면 이 행성은 수소가 풍부한 대기와 함께 바다로 덮여 있을 수도 있다고 합니다.

호스트스타

주요 기사 : K2-18

K2-18은 [4][1]사자자리 방향으로 지구로부터 38.025 ± 0.079 파섹(124.02 ± 0.26 ly) 떨어진 곳에 있는 분광형 M3V의[3] 왜성입니다.이 별은 태양보다 차갑고 작으며 온도는 3,457 K (3,184 °C, 5,763 °F), 반지름은 태양의 45%[5]에 달합니다.[6]이 별은 중간 정도의 항성 활동을 보이지만 행성이 항성을 [9]통과할 때 잘못된[a] 신호를 만드는 경향이 있는 항성의 [7]반점이 있는지 여부는 불분명합니다.[9][7]K2-18은 [b][12]조석을 통해 K2-18b와 상호작용할 수 있는 K2-18c [10]궤도 안쪽에 추가적인 행성을 가지고 있습니다.

LHS 1140, 프록시마 센타우리, 트라피스트-1 등 모든 M 왜성의 80%가 생명체가 살 수 있는 [5]영역에 행성을 가지고 있는 것으로 추정됩니다.이 별들의 작은 질량, 크기 그리고 낮은 온도와 행성들의 잦은 궤도들은 행성들의 특징을 나타내는 것을 더 쉽게 만듭니다.반면에 별의 낮은 광도는 행성의 분광 분석을 [13][5]어렵게 할 수 있고, 별들은 종종 플레어와 균일하지 않은 항성 표면(faculae 및 starspots)으로 활동하여 [8]행성을 조사할 때 잘못된 스펙트럼 신호를 생성할 수 있습니다.

물리적 특성

K2-18b의 질량은 8.63±1.35이며 항성 주위를 33일 [5]만에 돈다.지구에서는 별 [14]앞을 지나가는 것을 볼 수 있습니다.수성과 같은 스핀 궤도 공명도 [15]가능하지만, 이 행성은 조수적으로 이 별에 갇혀 있을 가능성이 높습니다.

K2-18b의 밀도는 약 2.67+0.52-0
.47 g/cm로3 지구와 해왕성의 중간 정도이며, 이는 이 행성이 수소가 풍부한 [c][13]외피를 가지고 있음을 의미합니다.이 행성은 두꺼운 외피를 가진 바위이거나 해왕성 같은 [d][17]구성을 가지고 있을 수도 있습니다.대기가 희박한 순수한 물 행성은 [18]가능성이 적습니다.

이 별의 나이는 2400±6억 년이며[19] 행성이 [20][21]형성되는 데는 몇 백만 년이 걸렸을 것입니다.만약 바다가 존재한다면, 그것은 아마도 바위로 된 [22]핵 위에 고압의 얼음 층으로 덮여있을 것이고, 핵과 [23]바다 사이의 물질 흐름을 막음으로써 행성의 기후를 불안정하게 할 수도 있습니다.

가능한 바다

임계점을 초과하는 온도에서는 액체와 기체가 서로 다른 위상을 멈추고 더 이상 해양과 [24]대기 사이에 분리가 없습니다.관측이 K2-18b에 [2]별개의 액체 바다가 존재한다는 것을 의미하는지 여부는 불분명하며,[25] 이러한 바다를 발견하는 것은 외부로부터는 어렵습니다. 그것의 존재는 [26]행성의 질량과 반지름만으로 추론되거나 배제될 수 없습니다.

액체 바다의 [27]존재는 K2-18b에서는 불가능합니다; 외피 아래의 물은 초임계 [28]상태일 가능성이 더 높습니다.탄화수소와 암모니아와 같은 미량 가스가 존재할 경우 대기에서 해양으로 손실될 수 있습니다. 따라서 대기 [29]분리가 없다는 것을 의미할 수 있습니다.

대기 및 기후

허블 우주 망원경으로 관측한 결과 K2-18b는 [30]수소로 구성된 대기를 가지고 있습니다.수증기는 대기의 0.7~1.6%를 구성하는 반면 암모니아의 농도는 측정할 수 없을 정도로 [e][30]낮은 것으로 보이며 메탄은 이러한 유형의 행성에 대해 표준 양으로 존재하거나 고갈될 수 [33]있습니다.탄소 산화물은 [34]보고되지 않았으며, 농도에 대한 상한(몇 퍼센트)만 [35]설정되어 있습니다.대기는 행성 질량의[17] 최대 6.2%를 차지하며, 그 구성 요소는 천왕성과 [33]해왕성과 비슷할 것입니다.

K2-18b에서 [37]형성될 가능성이 있는 유일한 종류의 구름인 물 구름의 증거는 [38]상충되는 반면,[36] 대기 중에 있는 해질의 증거는 거의 없습니다.만약 구름이 존재한다면, 그 구름은 아마도 얼음일 것이지만 액체 상태의 물은 [39]가능합니다.물 이외에도, 행성의 특성에 따라 염화 암모늄, 황화 나트륨, 염화 칼륨, [40]황화 아연이 K2-18b 대기에 구름을 형성할 수 있습니다.대부분의 컴퓨터 모델은 높은 고도에서 온도 반전이 형성되어 [41]성층권이 형성될 것으로 예상합니다.

진화

항성에서 나오는 고에너지 복사선, 예컨대[f] 경질 자외선과 X선은 대기 상층부를 가열해 물의 광분해를 통해 형성된 수소로 [19]채워 행성에서 탈출할 수 있는 수소가 풍부한 확장된[44] 외권을 형성할 것으로 예상됩니다.K2-18b가 K2-18로부터 받는 엑스선과 자외선 플럭스는 [19]태양으로부터 받는 플럭스보다 상당히 높습니다. 딱딱한 자외선 플럭스는 초당 약 350
+400-290톤의 속도로 이 외기권을 빠져나가게 하기에 충분한 에너지를 제공하는데,[45] 이것은 수명 동안 행성의 대기를 제거하기에는 너무 느립니다.행성을 통과하는 동안 라이먼 알파 복사 방출이 감소하는 것을 관측한 결과 그러한 외층이 존재함을 보여줄 수 있습니다. 이 발견은 [46]확인이 필요합니다.

대체 시나리오

행성 주변의 대기를 감지하는 것은 어렵고, 보고된 몇몇 발견들은 [47]논란의 여지가 있습니다.바클레이 외 2021은 수증기 신호가 K2-18b 대기의 [3]물이 아닌 항성의 활동에 의한 것일 수 있다고 주장했습니다.Bézard et al. 2020은 메탄이 더 중요한 성분일 수 있으며,[38] 물이 대기의 약 5-11%를 구성할 수 있다고 제안했으며, Bézard, Charnay and Blain 2022는 물의 증거가 실제로 [48]메탄에 의한 것이지만 그러한 시나리오의 [49]가능성은 적다고 제안했습니다.

모델들

기후 모델은 K2-18b가 가질 수 있는 기후를 시뮬레이션하는 데 사용되었으며, K2-18b에 대한 결과의 상호 비교는 해왕성 하부 [50]행성의 기후를 시뮬레이션하는 CAMEMBERT 프로젝트의 일부입니다.K2-18b에 대해 수행된 기후 모델링 노력 중에는 다음이 있습니다.

  • Charnay et al. 2021은 행성이 조수적으로 잠겨 있다고 가정하여 온도 구배가 약한 대기와 야간에는 하강기, 낮에는 상승기를 갖는 풍력 시스템을 발견했습니다.대기 상층에서는 메탄에 의한 방사선 흡수로 반전층이 [51]형성되었습니다.구름은 대기가 높은 금속성을 가지고 있을 때만 형성될 수 있었습니다; 구름의 특성은 구름 입자의 크기와 대기의 구성과 순환에 크게 의존했습니다.그들은 주로 서브스텔라 지점과 터미네이터에서 형성되었습니다.만일 강우가 있다면, 그것은 표면에 도달할 수 없고 대신에 증발하여 [52]처녀자리를 형성했습니다.스핀 궤도 공명을 이용한 시뮬레이션은 구름 [53]분포를 크게 변화시키지 않았습니다.그들은 또한 별의 [54]통과 동안 대기의 모습을 시뮬레이션 했습니다.
  • 이네스와 피에르험베르 2022는 서로 다른 회전 속도를 가정한 시뮬레이션을 실시하여 높은 회전 속도를 제외하고는 극과 [55]적도 사이에 상당한 온도 기울기가 존재하지 않는다고 결론지었습니다.그들은 적도 위와 높은 위도에서 제트 기류의 존재를 발견했고 [56]표면에는 더 약한 적도 제트가 있습니다.
  • Hu 2021은 행성의 [37]화학적 성질을 시뮬레이션했습니다.그들은 광화학이 외부 대기에서[57] 암모니아를 완전히 제거할 수 없어야 하며 이산화탄소와 시안화물이 감지 [58]가능한 중간 대기에서 형성될 것이라고 결론 내렸습니다.이 모형은 유황 연무층이 형성되어 물 구름을 뚫고 위까지 확장될 수 있다고 예측합니다.이러한 연무층은 지구의 대기를 조사하는 것을 훨씬 [59]더 어렵게 만들 것입니다.

거주가능성

들어오는 항성 복사량은 지구가 받는 일사량과 비슷한 13682+114-107
 W/m에 [5]달합니다.K2-18b는 [60]항성의 생명체 거주가능 영역 내에 위치하고 있는데, 이 별은 폭주하는 온실[62] 문턱에 근접할[61] 수도 있지만 이에 미치지 못할 수도 있으며, K2-18b의 평형 온도는 약 250 K (-23 °C; -10 °F) ~ 300 K (27 °C; 80 °F)[13]입니다.그 행성이 실제로 거주할 수 있는지의 여부는 [28]외피의 성격에 달려 있습니다; 대기의 더 깊은 층은 [32]너무 뜨거울 수도 있고, 반면 물을 포함한 층은 [23]생명체의 발달에 적합한 온도와 압력을 가질 수도 있습니다.

지구의 미생물은 수소가 풍부한 대기에서 생존할 수 있으며, 이는 수소가 생명체에 지장을 주지 않는다는 것을 보여줍니다.그러나 생명체의 존재를 확인하기 위해 사용되는 다수의 생체 신호 가스는 수소가 풍부한 대기에서 발견될 때 신뢰할 수 있는 지표가 아니므로 K2-18b에서 [63]생물학적 활동을 식별하기 위해서는 다양한 지표가 필요합니다.Madhusudhan et al. 에 따르면, 이들 마커들 중 몇 개는 제임스 웹 우주 망원경에 의해 상당한 수의 [64]관찰 후에 감지될 수 있었습니다.

발굴 및 연구이력

이 행성은 2015년 케플러 우주 [65]망원경에 의해 발견되었으며 이후 스피처 우주 망원경과 도플러 속도 [44]기술을 통해 존재가 확인되었습니다.통과 경로를 분석한 결과, 보이지 않는 동반성,[65] 여러 행성 또는 관측 [66]결과의 체계적인 오류에 의해 발생한 것으로 밝혀졌습니다.이 별의 반지름을 초기에 추정한 결과 상당한 오차가 있었고, 이로 인해 행성 반지름 추정치가 부정확해졌고, 행성의 밀도가 [67]과대평가되었습니다.2019년 K2-18b에서 수증기의 분광학적 특징이 발견된 것은[19] 뜨거운 목성이 아닌 외계 행성에서 수증기가 처음으로 발견된 것으로 많은 [25]논의를 이끌어냈습니다.

K2-18b는 외계 행성 [37]연구를 위한 시험 사례로 사용되어 왔습니다.K2-18b의 특성은 풍부한 액체 물과 수소 외피를 모두 가지고 있는 행성의 한 종류인 "하이원 행성"의 정의로 이어졌습니다.그러한 구성을 가진 행성들은 이전에는 너무 뜨거워서 생명체가 살 수 없다고 여겨졌습니다; 대신에 K2-18b에서 발견된 것들은 그것들이 생명체에게 도움이 되는 액체 바다를 품고 있을 만큼 충분히 차가울 수도 있다는 것을 암시합니다.수소 외피의 강한 온실 효과는 [68]그들이 낮은 설치율에도 거주할 수 있도록 해줄 것입니다.

2023년 9월, NASA는 제임스 웹 우주 망원경의 관측 결과 메탄, 이산화탄소, 그리고 아마도 디메틸설파이드(DMS)[69][70]의 존재를 밝혔다고 발표했습니다.지구 대기 중의 DMS의 대부분은 해양 환경의 식물성 플랑크톤에서 방출되기 때문에 DMS의 존재는 잠재적인 생체 신호이지만, 이 화합물에 대한 지질학적 또는 화학적 기원을 추가적으로 관찰하고 배제해야 합니다.[71][72]

참고 항목

메모들

  1. ^ 전이 행성의 관측은 행성의 겉모습과 행성으로 덮이지 않은 별 표면의 모습을 비교하는 것에 의존하기 때문에 별의 겉모습의 [8]변화는 행성의 효과와 혼동될 수 있습니다.
  2. ^ 조석 상호작용은 [11]서로에 대해 움직이는 천체들 사이에서 중력에 의해 매개되는 상호작용입니다.
  3. ^ 외피는 원시 행성계 원반에서 행성 자체와 함께 생겨난 대기입니다.가스 거인에서는 대기가 지구 [16]질량의 대부분을 차지합니다.
  4. ^ 해왕성 같은 구성물은 물과 암석을 제외하고 행성이 상당한 양의 수소와 [17]헬륨을 포함하고 있다는 것을 암시합니다.
  5. ^ 해왕성과 비슷한 외계 행성 대기에 암모니아와 메탄이 없는 것은 "메탄 실종 문제"로 알려져 있으며 2021년 [31]현재 해결되지 않은 미스터리입니다.암모니아와 메탄 농도가 비정상적으로 낮은 것은 생명체, 광화학적[28] 과정 또는 [32]메탄의 결빙 때문일 수 있습니다.
  6. ^ 경질 UV 복사는 파장이 [42]짧은 UV 복사를 의미하며, 파장이 짧으면 [43]더 높은 주파수와 광자당 더 높은 에너지를 의미합니다.

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원천

외부 링크