JWST가 포착한 외계 행성의 ‘모래 구름 날씨’…아침엔 흐리고 저녁엔 맑다

이번 연구에서 과학자들은 데이터를 두 구간으로 나누어 분석했다.

• Ingress: 행성이 별 앞에 들어가기 시작할 때 보이는 부분, 즉 행성의 ‘영원한 아침’ 영역
• Egress: 행성이 별 앞을 벗어나며 보이는 부분, 즉 ‘영원한 저녁’ 영역

뜨거운 목성형 행성은 보통 조석 고정(tidally locked) 상태라 항상 같은 면이 별을 향한다. 그 결과 아침 쪽과 저녁 쪽은 온도와 구름 양이 크게 달라진다. 실제 관측에서도 아침 쪽은 더 차갑고 구름이 많으며, 저녁 쪽은 더 뜨겁고 비교적 맑은 것으로 나타났다.

아침에 생겼다가 저녁에 사라지는 ‘모래 구름’

이 행성의 구름은 지구처럼 물로 이루어진 것이 아니다. 연구진은 구름이 마그네슘 규산염 입자—즉 미세한 암석 또는 모래 알갱이—로 이루어졌다고 보고 있다.

관측 결과를 바탕으로 제시된 날씨 순환 과정은 다음과 같다.

1. 상대적으로 더 차가운 밤쪽 대기에서 규산염 물질이 응결해 구름 입자가 형성된다.
2. 행성을 가로지르는 강력한 대기 바람이 이 입자들을 새벽 방향으로 이동시킨다.
3. 공기가 **아침 경계(terminator)**에 도달할 때쯤 두꺼운 구름층이 형성된다.
4. 이후 공기가 별을 향한 뜨거운 낮쪽으로 이동하면서 구름 입자가 증발해 사라진다.

이 때문에 저녁 쪽 대기에서는 구름이 상대적으로 적어 수증기 같은 분자 신호가 더 강하게 관측된다. 구름이 시야를 가리지 않기 때문이다.

1,000°C가 넘는 행성에서 구름이 가능한 이유

뜨거운 목성은 별에 매우 가까이 있어 대기 온도가 1,000°C 이상에 이르는 경우가 많다. 그럼에도 구름이 형성될 수 있는 이유는 행성 전체가 동일한 환경이 아니기 때문이다.

모델에 따르면 다음과 같은 과정이 작동한다.

• 대기 더 깊은 층에서는 압력과 온도가 암석 물질이 응결하기에 적절할 수 있다.
• 수직 대기 혼합이 이 입자들을 높은 고도로 끌어올린다.
• 행성 전역을 가로지르는 빠른 바람이 구름 입자를 이동시키고, 더 뜨거운 영역에서 다시 기화시킨다.

즉 응결 → 이동 → 증발이 반복되면서 낮과 밤 사이의 구름 순환이 만들어진다.

아침과 저녁 데이터를 따로 분석한 이유

이전의 많은 외계행성 연구는 행성 가장자리 대기를 하나의 균일한 영역으로 가정했다. 하지만 조석 고정 행성에서는 이런 가정이 실제 환경을 제대로 반영하지 못한다.

연구진이 아침과 저녁 데이터를 분리하자 구름이 많은 영역과 맑은 영역이 구분되었고, 특히 맑은 저녁 쪽 대기에서 화학 성분 신호가 훨씬 또렷하게 나타났다. 이는 행성의 실제 대기 구성을 더 정확하게 파악하는 데 도움이 된다.

이 방법은 앞으로 다른 외계행성 연구에서도 구름에 가려진 대기 정보를 ‘걷어내는’ 새로운 분석 전략이 될 가능성이 있다.

다른 뜨거운 목성에서도 나타날 수 있는 패턴

WASP‑94A b만 특별한 사례일 가능성은 낮다. 연구자들은 비슷한 “아침은 흐리고 저녁은 맑은” 패턴이 많은 뜨거운 목성에서 공통적으로 나타날 수 있다고 본다.

실제로 JWST 관측에서는 다음과 같은 단서도 보고됐다.

• WASP‑39 b: 아침과 저녁 대기 사이의 온도와 구름 차이 관측
• WASP‑17 b: 석영(실리카)과 유사한 광물 구름 입자 존재 확인

이러한 연구는 극단적으로 뜨거운 가스 거대 행성에서도 광물 구름과 복잡한 기상 시스템이 형성될 수 있다는 사실을 보여준다. 즉, 녹은 암석 수준의 온도에서도 외계 세계에는 나름의 ‘날씨’가 존재할 수 있다는 뜻이다.