우주에도 '비 오는 행성'이나 '눈이 내리는 행성'이 있을까요?

Question

지구에는 비와 눈이 내리지만, 다른 행성에서는 물이 아니라 금속이나 다이아몬드가 비처럼 내릴 수도 있다는 이야기가 있습니다. 실제로 그런 행성이 존재할 가능성은 얼마나 될까요?

Answer 1

우주에 물이 아닌 금속이나 다이아몬드가 비처럼 내리는 행성이 존재할 가능성은 상상이 아니라 거의 확실한 사실에 가깝습니다. 물질이 온도와 압력에 따라 기체, 액체, 고체로 상태 변화를 겪는 것은 우주 어디서나 동일하게 작용하는 물리 법칙이기 때문입니다. 대기를 구성하는 성분과 그 행성의 환경에 따라 비의 재료가 물이 아닌 다른 원소가 되는 것입니다.

실제로 지구에서 약 640광년 떨어진 외계행성 WASP-76b에서는 철로 된 비가 내립니다. 이 행성은 항성과 너무 가까워 낮 쪽 기온이 무려 2,400°C까지 치솟는데, 이 온도는 철을 기체 상태인 증기로 만들어 버립니다. 이렇게 만들어진 철 증기가 초속 수킬로미터의 강풍을 타고 상대적으로 차가운 밤 쪽 영역으로 넘어가면, 기온이 1,500°C 정도로 떨어지면서 식게 됩니다. 이때 철 증기가 다시 액체 상태로 엉겨 붙어 쇳물방울이 되어 밤하늘에서 비처럼 쏟아집니다.

푸른 빛깔이 아름다운 외계행성 HD 189733b에서는 유리가 비가 되어 내립니다. 대기 속에 풍부한 규산염 성분이 높은 온도와 압력 때문에 녹아 액체 유리가 되는데, 문제는 이 행성에 시속 8,700km에 달하는 무시무시한 바람이 분다는 점입니다. 이로 인해 유리 비는 위에서 아래로 떨어지는 것이 아니라, 날카로운 유리 조각이 되어 옆으로 휘몰아치듯 쏟아집니다.

태양계 내부로 눈을 돌려보면 천왕성과 해왕성에서는 다이아몬드 비가 내립니다. 이 행성들의 대기 깊은 곳에는 메탄가스가 가득한데, 수천 킬로미터 아래의 극심한 고온과 고압 환경에 노출되면 메탄 속 탄소 결합이 깨집니다. 이렇게 분리된 탄소 원자들이 서로 강력하게 뭉치면서 다이아몬드 결정이 만들어지고, 이 결정들이 행성 중심부를 향해 마치 눈이나 비처럼 떨어지게 됩니다. 이는 지구의 고압 실험실에서도 이미 성공적으로 재현된 바 있습니다.

결국 우주에는 수천억 개의 행성이 존재하고, 각 행성마다 온도와 압력, 대기 구성 물질의 조합이 천차만별입니다. 따라서 지구처럼 물이 순환하며 비가 내리는 행성도 있겠지만, 환경에 따라 철이나 유리, 다이아몬드가 쏟아지는 행성이 존재하는 것은 우주의 법칙상 지극히 자연스러운 현상입니다.

Answer 2

지구처럼 물이 아니더라도 화학 물질이나 금속, 보석으로 된 비나 눈이 내리는 행성과 위성들이 우주에 실제로 존재합니다.

1. 진짜 '물 눈'이 내리는 곳: 화성

이산화탄소 눈과 물 눈: 화성의 북극과 남극에서는 겨울철에 드라이아이스(이산화탄소) 눈이 내립니다. 또한 화성 상공의 얇은 구름에서는 미세한 물 입자로 된 눈이 내리기도 하지만, 지표면에 닿기 전에 증발해 버립니다.

2. 메탄 비와 눈이 내리는 곳: 토성의 위성 '타이탄'

액체 메탄 비: 태양계에서 지구 외에 표면에 액체가 흐르는 유일한 천체입니다. 타이탄은 너무 추워(-179°C) 액체 메탄과 에탄으로 된 비가 내리고, 그 비가 모여 메탄 강과 바다를 이룹니다.

3. 황산 비가 내리는 곳: 금성

금성의 두꺼운 구름층에서는 치명적인 황산비가 내립니다. 하지만 금성 표면이 약 460°C로 워낙 뜨겁기 때문에 황산 비는 지표면에 닿기도 전에 열기에 증발해 버립니다.

4. 보석(다이아몬드) 비가 내리는 곳: 목성, 토성, 천왕성, 해왕성

목성과 토성, 천왕성, 해왕성 같은 기체·빙하 거대 행성의 대기 깊은 곳에서는 대기 중의 메탄이 강력한 압력과 열을 받아 다이아몬드 결정(눈/비) 형태로 변해 내면 깊숙이 떨어집니다.

5. 유리(실리콘) 비가 내리는 외계행성: HD 189733b

지구에서 약 63광년 떨어진 외계행성 HD 189733b는 시속 8,700km의 초강풍과 함께 녹은 유리(규산염) 입자가 옆으로 날아다니는 비가 내립니다.

6. 철(Iron) 비가 내리는 외계행성: WASP-76b

낮 기온이 2,400°C에 달해 금속이 증발하는 행성입니다. 낮 영역에서 증발한 철 기류가 밤 영역으로 넘어가 식으면서 액체 철 형태로 떨어집니다.