‘수학적으로 완벽한’ 외계 행성계, 외계 기술 신호 탐색 중

• 지구에서 약 100광년 떨어진 HD 110067은 6개의 서브넵튠 행성이 항성 가까이에서 정렬된 궤도를 돌고 있어 기술서명 탐색 대상으로 주목받음
• 이번 관측에서 외계 기술 신호는 검출되지 않았지만, 이는 HD 110067에 기술서명이 없다는 결론이 아니라 관측 당시 지구 방향 신호가 없었다는 결과에 가까움
• 이 행성계는 지구에서 옆면(edge-on) 으로 보여 행성 통과 평면을 관측할 수 있고, 지구의 위성·망원경 전파처럼 통과와 맞물린 신호를 찾기 좋은 구조임
• Breakthrough Listen 연구진은 Green Bank Telescope로 HD 110067을 향할 때만 지속되는 신호를 찾았지만, 자연 전파와 인간 기술 신호가 큰 잡음을 만듦
• CHEOPS, HARPS-N, CARMENES 관측은 행성의 반지름과 질량을 더 정밀하게 좁혀 화학 조성과 형성 과정을 이해하는 데 쓰일 예정임

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HD 110067이 주목받는 이유

• HD 110067은 지난해 말 발견된 항성계로, 지구에서 약 100광년 떨어져 있음
• 이 시스템에는 6개의 서브넵튠 행성이 있으며, 모두 항성에 매우 가까운 궤도를 돌고 있음
• 행성들의 궤도는 수학적으로 정렬된 형태로 알려졌고, 외계 기술 또는 기술서명(technosignature)을 찾는 과학자들의 관심을 끌었음
• 기술서명은 지구 밖의 진보한 생명체를 가리킬 수 있는 설득력 있는 신호로 여겨짐
• 아직 그런 증거는 발견되지 않았지만, HD 110067은 향후 유사 관측을 위한 흥미로운 대상으로 남아 있음

옆면으로 보이는 행성계가 주는 관측 이점

• 지구 주변에서도 위성과 망원경의 전파는 태양계 평면을 따라 방출됨
• 태양계 밖 관측자가 지구가 태양 앞을 지나는 모습을 본다면, 행성 통과와 맞물린 신호를 포착할 수도 있음
• HD 110067은 지구에서 edge-on으로 보여, 지구 관측자는 6개 행성이 놓인 평면을 바라보는 셈임
• Breakthrough Listen의 Steve Croft는 이런 시야가 실제 신호가 있을 경우 포착 가능성을 높인다고 봄
• 지구 기술이 태양계의 생명 거주 가능 영역 밖으로도 퍼져 있는 것처럼, HD 110067에 기술 친화적 문명이 있다면 여러 행성에 통신 중계 장치를 둘 수도 있음

Green Bank Telescope로 진행한 탐색

• HD 110067 발견 발표 이후 Croft 연구팀은 West Virginia의 Green Bank Telescope(GBT) 로 외계 기술 신호를 탐색함
• 관측 기준은 망원경이 HD 110067을 향할 때 계속 존재하고, 다른 방향을 볼 때 사라지는 신호였음
• 이런 패턴은 HD 110067에 국소적으로 존재하는 기술서명을 가리키는 강한 단서가 될 수 있음
• 다만 후보 신호는 자연 전파원 및 인간 기술 신호와 구분하기 어려움
  • Wi-Fi에 연결된 휴대폰에서 나오는 전파가 한 예임
  • SpaceX의 Starlink 저궤도 위성 네트워크도 혼선을 만드는 인간 기술 신호에 포함됨
• Croft는 잠재적 외계 신호라는 “바늘”을 신호의 “건초더미”에서 찾는 상황이며, 실제로 바늘이 있는지나 어떻게 생겼는지도 알기 어렵다고 봄

기술 신호를 가려내는 기준

• 연구진은 외계 기술의 형태를 충분히 알지 못하지만, 감지 신호가 지역 간섭이 아닌지 확인하는 기법을 사용함
• 다른 문명이 받을 것을 기대하고 만든 송신기라면 많은 에너지를 좁은 주파수 범위에 집중할 가능성이 있음
• 자연 천체물리 현상은 이와 달리 훨씬 넓은 주파수 범위에서 전파를 방출함
• 외계 항성 주위를 도는 행성에 송신기가 있다면, 지구에서 보는 신호 주파수는 시간에 따라 드리프트할 수 있음
• Carmen Choza는 이를 구급차가 지나갈 때 소리가 높은음에서 낮은음으로 바뀌는 효과에 비유함

현재 결과와 다음 관측

• 이번 탐색에서는 기술 신호가 검출되지 않음
• Croft는 이 결과가 HD 110067에 기술서명이 없다는 뜻은 아니며, 관측 당시 지구 방향으로 송신된 신호가 없었다는 정보를 준다고 봄
• 발견팀은 ESA의 CHEOPS 우주망원경으로 6개 행성의 반지름을 정밀화하고 있음
• 행성 질량은 스페인의 HARPS-N 및 CARMENES 장비를 통해 더 정확히 측정 중임
• 행성의 크기와 질량 데이터가 정밀해지면 시스템의 화학 조성을 더 잘 파악할 수 있음
• 이 정보는 HD 110067과 그 행성들의 진화를 어느 정도 역공학해 형성 메커니즘을 배우는 데 활용될 수 있음
• Croft는 앞으로 10년의 성공 가능성을 알 수는 없지만, 탐색 역량은 계속 강해지고 있어 지난 10년보다 낫다고 봄
• 이 연구는 Research Notes of the AAS에 지난달 실린 논문에 포함됨

[GN⁺]

Hacker News 의견들

• 티티우스-보데 법칙[1]이 떠오름. 단순한 방정식이 당시 알려진 모든 행성의 궤도를 맞혔고, 소행성대에 하나 더 있어야 한다는 예측과 천왕성 거리까지 맞혔지만, 해왕성에서 맞지 않으면서 반증된 것으로 여겨졌음
  이런 관계가 순전한 우연 말고 실제로 존재한다고도 믿기 어렵고, 그 뒤에 지적 설계가 있다고 보기는 더 어렵다
  [1]https://en.wikipedia.org/wiki/Titius%E2%80%93Bode_law
  • 섭동이 없다면 강착 고리와 행성은 궤도 공명 효과 때문에 수학적 간격으로 형성된다고 생각했음. 아주 낮은 에너지 상태라는 뜻이고, 진동 모드가 정수 배음으로 가는 경향과 비슷함
    고전적인 표현을 쓰면, 수학 자체에 있는 조화가 물리적 우주에서도 조화로 드러난다는 주장임 [1]. 오히려 물리적 조화가 더 많이 보이지 않는 게 이상한데, 이는 비선형 상호작용의 엄청난 복잡성 때문으로 보임
    [1] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S240587262200003X
  • 지적 설계를 제외하더라도, 이런 시스템이 적어도 하나 존재할 가능성은 매우 높고, 동시에 딱 하나만 존재할 가능성도 꽤 높음. 우리가 운 좋게 그 하나를 관측했을 수도 있음
  • 그 법칙은 항성 주변 물질의 장기 진화를 설명하는 출발점으로는 좋아 보이지만, 가능한 모든 경우를 포착하기엔 너무 단순함. 가설을 반박하는 근거로 쓰기엔 부적절해 보임
  • 이 연구를 한 천문학자들도 그 “법칙”을 알고 있고 배제했을 것 같음. 개인적으로는 그리 황당한 얘기는 아님
  • 천왕성까지의 “정확한 거리”가 무엇을 말하는 건가?
• The Planets Are Weirdly In Sync - Steve Mould - https://www.youtube.com/watch?v=Qyn64b4LNJ0
  “목성의 가장 큰 세 위성을 생각해 보자. 유로파는 이오보다 정확히 두 배 긴 시간에 목성을 돌고, 가니메데는 또 그 두 배가 걸린다. 어떻게 이런 일이 가능할까? 이는 동기화의 예인데, 그 메커니즘은 무엇일까? 이 영상은 궤도 공명이라는 것을 설명한다”
  • 그런데 그게 토성 고리의 틈을 만드는 원인이기도 함. 그러면 잔해는 그런 궤도에 머물 수 없지만, 행성은 거기에 고정될 수 있다는 건가?
• 이 시스템에서 “수학적으로 완벽한” 부분이 무엇인지 모르겠음. 기사에서는 잘 보이지 않음
  • 동반 기사 [1]에 자세히 나오듯, 1번 행성이 54번 공전하는 동안 2~6번 행성은 각각 36, 24, 16, 12, 8번 공전함. 연속 비율은 2/3, 2/3, 2/3, 3/4, 3/4이고, 1번 행성이 54번 공전한 뒤에는 모든 행성이 같은 상대 위치로 돌아옴
    [1] https://www.space.com/six-sub-neptunes-found-100-light-years-from-earth
  • 여섯 행성이 모두 공명 궤도에 있고, 비율은 54:36:24:16:12:9임. 즉 3:2가 세 번, 4:3이 두 번 반복됨
    https://en.wikipedia.org/wiki/HD_110067#Planetary_system
  • 사진 설명에 이렇게 나와 있음: “여섯 행성은 중심별 HD 110067을 조화로운 리듬으로 공전하며, 몇 번의 공전마다 행성들이 정렬된다”
• 별을 도는 행성 중 지금까지 발견된 것 가운데 가장 어두운 TrES-2b [0]가 외계 생명체의 최고 후보일 수 있다고 자주 생각했음. 내 가설은, 그 어두움이 그곳 문명이 다이슨 구 [1] 같은 방식으로 태양 에너지를 거의 100% 활용하는 방법을 찾아냈기 때문이라는 것임
  [0] https://exoplanets.nasa.gov/exoplanet-catalog/1716/tres-2-b
  [1] https://en.wikipedia.org/wiki/Dyson_sphere
  • NASA 외계행성 시각화 도구가 아주 멋짐. 이런 게 있는 줄 몰랐음. 외계행성 데이터에 대한 이해가 좋아질수록 이런 가상 시각화도 더 좋아질 것 같음. 빛 한 픽셀에서 끌어낼 수 있는 정보가 놀라움
  • “이 행성의 대기는 용암만큼 뜨겁다”는 사실을 보면, 그런 가설은 가능성이 매우 낮아 보임
  • 목성의 1.5배 중력을 버틸 수 있다면 꽤 강한 외계인일 듯 :)
  • 그건 생각하는 방식대로 작동하지 않음. 에너지를 전부 활용하면 행성은 먼저 붉게, 그다음 하얗게 빛나기 시작함. 결국 별만큼 뜨거워지고, 그 시점부터는 에너지를 더 얻지 못함
    그 에너지를 somehow 물질로 바꾸는 게 아니라면, 열역학 법칙상 모든 에너지는 결국 열이 됨
  • 흥미로운 외계행성이긴 하지만, 가스 행성에서 누가 어떻게 살 수 있을지는 잘 모르겠음
• 논문 저자들이 행성 공명이 어떻게 작동하는지, 그리고 공명이 유지되려면 궤도가 얼마나 정확해야 하는지 잘 이해하지 못한 것 같음
  공명은 매우 흔함. 태양계 안에서도 여러 천체 사이에 다양한 공명이 많음
  공명이 안정적이려면 두 천체의 궤도가 서로 수학적으로 정밀하게 맞을 필요는 없음. 오차 허용 범위가 꽤 넓음. 두 행성이 공명에 충분히 가까워지면 되먹임 때문에 공명이 안정될 수 있음. 매 공전마다 행성들이 에너지를 주고받으면서 공명을 보존하고, 이를 깨려면 상당한 외부 입력이 필요함
  이 시스템에서 실제로 흥미로운 건 긴 공명 사슬임. 하지만 이것도 아주 특별한 건 아님. 공명이 어떻게 형성되는지 알면, 모든 행성이 공명에 충분히 가까워졌을 때 서로 에너지를 전달해 그 상태로 맞춰지고 이후 공명 궤도를 유지할 수 있음을 볼 수 있음
  이런 공명이 비자연적 기원이어야 한다고 볼 이유는 전혀 없음. 달의 자전 주기가 공전 주기와 정확히 같아서 늘 한쪽 면만 지구를 향하니 누군가 달을 그 궤도에 올려놨다고 말하는 것과 비슷함. 그건 명백히 틀렸고, 이런 공명은 쉽고 자연스럽게 생김
  • 저자들은 SETI, Berkeley, Oxford, NASA 소속 과학자들임. 아마 우리보다 이 주제에 대해 훨씬 더 많이 알고 있을 가능성이 큼
    비슷한 HN 댓글들처럼, 그 안에 유효한 질문은 있다고 봄. 하지만 뭔가 모순처럼 보인다고 해서 곧바로 상대가 틀렸거나 터무니없다고 결론내리는 건 실수임. 내 생각과 그들의 생각 사이의 불일치는 내 쪽 문제일 수도 있고, 궤도 물리학에서라면 그 가능성이 훨씬 큼
    이 예에서는 이렇게 생각하는 편이 좋음: “내게는 행성 공명이 관측 현상을 설명하는 것처럼 보인다. 저자들도 당연히 그걸 생각했을 텐데, 논문에서는 그 문제를 어떻게 다뤘을까?” 겸손은 신이 아닌 한 진실에 가깝다
  • 기사는 그런 주장을 하지 않음. 다만 제목은 그렇게 읽힐 수 있고, 어쩌면 우연이 아닐 수도 있음
    과학자들이 그 시스템을 조사하는 이유는 신호 탐지가 더 쉬울 수 있는 성질을 갖고 있기 때문임
  • 공명이 비자연적이라고 말하는 사람은 없음. 이 시스템이 옆면(edge-on)으로 보인다는 점이 다른 방식으로 탐색에 유리함
    HD 110067은 TESS 후속 관측 프로그램의 대상이며, 지구에서 시스템을 옆에서 보기 때문에 의도적 송신기든 행성 간 통신의 누설이든 검출 가능성이 커짐. 또한 행성이 많을수록, 거주 가능 영역 위치와 무관하게 고도 문명이 이웃 행성으로 기술을 확산했을 가능성도 커진다는 설명임
    https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2515-5172/ad235f
  • 그게 실제 함의는 아닌 것 같음. 지구의 생명은 안정적인 해류를 만드는 달의 궤도가 없었다면 지금과 같지 않았을 것임. 그런 조건이 없으면 “생명”의 장기적 성장을 확립하는 데 복잡성이 더해질 것 같음
  • 실제로 그 시스템을 보는 이유는 우리가 그 시스템을 거의 정면에서 내려다보고 있어 모든 행성의 궤도를 한꺼번에 볼 수 있기 때문임. 궤도가 비자연적이라고 생각해서가 아님
• 이 항성계의 위키 페이지: https://en.wikipedia.org/wiki/HD_110067
• 공명이 현상을 설명한다고 말하는 쪽에 대해, 논문은 “수학적으로 완벽한” 궤도가 지능의 징후라고 말하지 않는 듯함
  HD 110067은 여섯 개의 미니 해왕성형 행성을 갖고 있고, 모두 안정적인 공명 사슬로 주성을 공전함. 최소 네 개 이상의 행성을 가진 것으로 알려진 항성 중 가장 밝고, 행성들이 매우 질서 있는 궤도 구성을 보이기 때문에 행성계의 궤도 진화와 미니 해왕성 대기의 조성을 연구할 전례 없는 기회를 제공함. 이 중 세 행성은 낮은 밀도를 보여 크고 수소가 풍부한 대기를 시사함. 미니 해왕성은 지금까지 발견된 외계행성 중 가장 흔한 유형 중 하나라서, 액체 물을 지탱할 수 있는지는 SETI의 대상 우선순위에 중요함
  또한 HD 110067은 기술적 징후 탐색 대상으로도 가치가 있음. 지구에서 이 시스템을 옆면으로 보기 때문에 의도적 송신기나 행성 간 통신의 누설 복사를 검출할 가능성이 커지고, 행성이 많다는 점은 고도 문명이 이웃 행성으로 기술을 확산했을 가능성을 높임
  https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2515-5172/ad235f
• “위성과 망원경에서 태양계 평면 방향으로 방출되는 전파”라는 표현이 이상함
  전파망원경은 전파를 “쏘는” 게 아니라 받는 장비 아닌가? Deep Space Array처럼 송신하도록 구성된 경우에도 태양계 평면으로 쏘는 게 아니라 통신하려는 우주선을 향해 쏨
  위성은 더더욱 그렇지 않음. 전력을 아껴야 하므로 우주 바깥으로 전파를 보내지 않고, 안테나는 지구를 향함
  게다가 그 구절이 들어간 문장에는 주동사가 없어서, 무슨 뜻인지 파악하려고 여러 번 읽어야 했음
  • 일부 전파망원경은 레이더 천문학에 사용함
    https://en.wikipedia.org/wiki/Radar_astronomy
  • 외계 신호를 실제로 포착하더라도, 그 신호는 아주아주 오래전에 보낸 것일 수밖에 없음
• 실제로 외계 기술의 강한 증거를 찾는 건 워낙 큰 사건이기 때문에, 천체물리학자들이 들여다보는 거의 모든 항성계는 잠재적 이상 현상을 검토한다고 들었음
• 예전에 읽은 소설이 떠오름. 제목은 스포일러 방지를 위해 말하지 않겠지만, 작은 반전 중 하나가 우리가 우주에서 관측하는 은하의 거대 구조—별 형성과 생명에 유리한 구조—가 빅뱅 무렵부터 살아온 지적 종족들의 예술 프로젝트였다는 내용이었음
  Xeelee Sequence는 아님 :P