행성

1. 개요

행성은 항성 주위를 공전하며, 자체 중력으로 구형을 유지할 만큼 충분한 질량을 가지고, 궤도 주변의 다른 천체들을 지배하는 천체를 의미한다. 고대부터 알려진 태양계의 다섯 행성은 고대 문명에 큰 영향을 미쳤으며, 천문학의 발달과 함께 행성의 정의는 변화해 왔다. 2006년 국제천문연맹(IAU)은 위와 같은 정의를 내렸고, 이에 따라 태양계에는 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 등 8개의 행성이 존재한다. 행성은 물리적 특성, 궤도 특성, 위성 및 고리 유무, 한국어 이름의 유래 등 다양한 특징을 가지며, 태양계 외에도 외계 행성이 다수 발견되었다. 행성 형성 과정은 원시 행성계 원반에서 시작되며, 먼지와 가스가 모여 미행성체를 거쳐 행성으로 성장한다. 행성은 고대 시대부터 다양한 문명에서 신성한 존재로 여겨졌으며, 행성을 나타내는 기호는 점성술과 천문학에서 널리 사용된다.

2. 행성의 정의

행성의 정의는 시대에 따라 변해왔다. 천문학이 발전하고 지동설이 받아들여지면서 태양과 달은 태양계의 행성에서 제외되었고, 20세기에는 태양계에 훨씬 다양한 천체가 존재한다는 것이 밝혀지면서 행성의 확실한 정의에 대한 논란이 있었다.

근대 이전에는 육안으로 천구상에서 움직이는 모습을 관찰할 수 있는 7개의 천체( 태양, 달, 수성, 금성, 화성, 목성, 토성 )가 행성으로 꼽혔다. 이는 지구가 행성이 아니라 우주의 중심, 또는 토대라고 생각했기 때문이다. 근대에 들어 지구도 태양을 도는 행성 중 하나로 인식되었고, 태양과 달은 행성이 아니라고 인식되었다. 또한 천체역학의 발전과 관측 기술의 발달로 1781년에 천왕성, 1846년에 해왕성이 발견되었다.

1801년에 발견된 세레스 등도 초창기에는 행성으로 취급되었으나, 화성과 목성 사이에 유사한 소천체들이 잇따라 발견되어, 1850년대에는 행성의 수가 20개를 넘어서면서, 이들을 묶어 소행성이라고 부르고 행성과는 구별하여 취급하게 되었다. 그리고 1930년에는 명왕성이 발견되어 9번째 행성이 되었다.

1990년대 이후, 카이퍼 벨트가 발견되면서, 해왕성 너머에 명왕성과 유사한 궤도를 도는 천체나, 질량이 명왕성과 비교할 수 있는 천체가 잇따라 발견되어, 이들 또한 행성이라고 불러야 할지에 대한 논쟁이 일어났다. 게다가 외계 행성이나 항성과 행성의 중간적인 갈색 왜성, 또한 행성과 같은 천체가 항성 간에 단독으로 존재하는 예(방랑 행성)도 발견되었다。

2005년, 명왕성보다 큰 (136199) 에리스(가칭)의 발견을 계기로, 행성이란 무엇인가를 정의하려는 움직임이 높아졌다.

편의상 목성 질량의 13배 이하를 행성, 13~75배 정도를 갈색 왜성, 75배 이상을 항성으로 보는 견해가 있다. 하지만 이러한 질량만을 정의하는 것에 대해 논란이 있다. 항성 주위의 행성을 관측적으로 탐지하려는 경우, 갈색 왜성과 행성을 구분하기 위해 진화 과정에서 중수소 열핵융합을 일으킬 가능성이 없는 질량, 즉 "갈색 왜성의 이론적 하한 질량에 그 질량이 미치지 못하는 천체"를 행성으로 정의해야 한다는 제안이 2001년 국제천문연맹(IAU)의 워킹 그룹에서 나왔다.

관측적으로는 4,000개가 넘는 외계 행성이 발견되었다. 질량별 천체 수를 통계적으로 보면 목성 질량의 20배를 약간 넘는 정도에서 수십 배에 이르는 질량 범위에는 극소수의 천체만 있으며, 수의 분포가 두 그룹으로 나뉘는 것이 발견되었다. 이를 행성 형성론의 입장에서 보면 갈색 왜성이 분자 구름에서 직접 형성되는 반면, 행성이 원시 행성계 원반에서 고체 성분을 핵으로 형성되는 것을 반영한 것이라고 본다.

21세기 초에는 갈색 왜성의 형성 과정이 이론적으로 재검토되고 있으며, 질량 또는 질량 분포만으로 갈색 왜성과 행성을 정의하는 것이 아니라 다른 요소도 고려하려는 연구 경향이 나타나고 있다.

2.1. 국제천문연맹의 정의

2006년 국제천문연맹 총회에서는 행성을 “별 주위를 돌고, 구형을 유지할 만한 크기와 중력을 가졌지만, 위성이 아닌 천체”라고 새롭게 정의했다. 이 정의에 따르면, 명왕성은 행성 지위를 유지하고, 세레스, 카론, 에리스(당시 이름은 “2003 UB₃₁₃”)가 태양계 행성에 추가되어 총 12개 행성이 될 예정이었다. 그러나 이 안에 대해 많은 반발이 있었고, 8월 24일 태양계 안 천체로 한정하여 행성을 다음과 같이 정의하였다. 같은 날 명왕성은 행성에서 제외되었다.

# 항성 주위를 돈다. 또 정해진 궤도를 돈다.
# 충분한 질량을 가져서, 정역학적 평형을 유지할 수 있는 구형에 가까운 형태를 가지고 있다.
# 궤도 주변의 다른 천체로부터 지배권이 있어야 한다.

이 요건을 모두 만족하는 태양계 행성은 모두 여덟 개이다. 그리고 앞의 두 가지는 만족하지만 마지막 조건을 만족하지 않으면서, 위성이 아닌 천체는 왜행성으로 정의했다.

1990년대와 2000년대 초반, 카이퍼 벨트에서 크기가 비슷한 천체들이 많이 발견되면서, 많은 천문학자들이 명왕성을 행성에서 제외해야 한다고 주장했다. 명왕성은 수천 개 천체 중 "작은" 천체 중 하나로 밝혀졌다. 콰오아, 세드나, 에리스, 하우메아와 같은 일부 더 큰 해왕성 바깥 천체는 대중 언론에서 열 번째 행성으로 칭송받았다.

2005년, 명왕성보다 27% 더 무거운 에리스 발견은 행성에 대한 공식적인 정의를 내릴 계기를 마련했다. 명왕성을 행성으로 간주한다면 논리적으로 에리스도 행성으로 간주해야 했기 때문이다.

국제천문연맹(IAU)은 이러한 문제를 인식하여 행성의 정의를 만들었고, 2006년 8월에 이를 발표했다. 이 정의에 따르면 태양계에는 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성, 이렇게 8개 행성이 존재한다. 처음 두 가지 조건을 충족하지만 세 번째 조건을 충족하지 못하는 천체는 다른 행성의 위성이 아닌 경우 왜행성으로 분류된다. 원래 IAU 위원회는 세 번째 조건을 기준으로 포함하지 않아 더 많은 행성을 포함하는 정의를 제안했었다. 많은 논의 끝에, 투표를 통해 그러한 천체들을 대신 왜행성으로 분류하기로 결정했다.

2.2. 행성 정의의 논란과 대안

국제천문연맹의 행성 정의는 태양계에만 적용될 수 있고, 외계 행성에는 적용하기 어렵다는 비판이 있다. 둥근 모양과 궤도 청소 기준을 외계 행성에서 관측하기 어렵기 때문이다.

일부 과학자들은 궤도와 상관없이 천체의 물리적 특성에 초점을 맞춘 지구물리학적 정의를 제안한다. 이 정의에 따르면, 자체 중력으로 둥근 형태를 유지할 수 있는 천체는 행성으로 간주된다. 이 경우 세레스나 명왕성도 행성이 된다.

행성과 갈색 왜성의 경계도 논쟁거리이다. 국제천문연맹은 중수소 핵융합 가능 여부를 기준으로 삼지만, 일부 과학자들은 형성 과정의 차이(원시 행성계 원반에서 형성되는지, 분자운에서 직접 형성되는지)를 중시해야 한다고 주장한다.

행성과 위성의 경계도 명확하지 않다. 지구의 달이나 명왕성의 카론 같은 행성 질량 위성을 행성으로 포함해야 한다는 주장도 있다.

3. 태양계의 행성

한국어, 중국어, 일본어에서 모든 태양계 행성의 이름은 별을 뜻하는 한자 '별 성(星)' 앞에, 고대 사람들이 그 행성의 속성이라고 믿었던 말이나 서양의 행성 이름을 번역한 말을 덧붙여서 만들어졌다. 지구는 이러한 명명법을 따르지 않는데, 이는 행성 이름을 지을 당시 지구가 우주의 중심이라고 생각했기 때문이다. 거의 모든 서양 언어에서는 그리스 신화에 등장하는 신의 이름을 따서 행성을 명명했다.

태양계 안의 행성은 지구형 행성과 목성형 행성으로 분류할 수 있다. 또한 지구를 기준으로 궤도가 안쪽이면 내행성, 바깥쪽이면 외행성이라 부르기도 한다. 국제천문연맹(IAU)의 정의에 따르면 태양계에는 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 등 8개의 행성이 있으며 (태양으로부터의 거리가 증가하는 순서대로) , 목성은 318 지구 질량으로 가장 크고, 수성은 0.055 지구 질량으로 가장 작다.

왜행성은 중력적으로 둥글지만 다른 소천체의 궤도를 정리하지 못한 천체이다.

3.1. 물리적 특성

태양계 행성은 물리적 특성에 따라 지구형 행성과 목성형 행성으로 분류된다. 지구형 행성은 수성, 금성, 지구, 화성이며, 목성형 행성은 목성, 토성, 천왕성, 해왕성이다. 수소와 헬륨으로 이루어진 목성과 토성은 거대 가스 행성이라고 부르며, 천왕성과 해왕성은 거대 얼음 행성이라고 부른다.

국제천문연맹(IAU)의 정의에 따르면 태양계에는 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 등 8개의 행성이 있으며 (태양으로부터의 거리가 증가하는 순서대로) , 목성은 318 지구 질량으로 가장 크고, 수성은 0.055 지구 질량으로 가장 작다.

태양계의 행성은 구성에 따라 지구형 행성과 거대 행성으로 나눌 수 있다. 지구형 행성은 지구와 유사하며, 주로 암석과 금속으로 구성된 수성, 금성, 지구, 화성을 포함한다. 지구는 가장 큰 지구형 행성이다. 거대 행성은 지구형 행성보다 훨씬 질량이 크며, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성을 포함한다. 가스 행성인 목성과 토성은 주로 수소와 헬륨으로 구성되어 있으며, 태양계에서 가장 질량이 큰 행성이다. 토성은 95 지구 질량으로 목성 질량의 3분의 1이다. 얼음 거대 행성인 천왕성과 해왕성은 주로 물, 메테인, 암모니아와 같은 저비점 물질로 구성되어 있으며, 두꺼운 수소와 헬륨 대기를 가지고 있다. 이들은 가스 행성보다 질량이 훨씬 적다(각각 14 및 17 지구 질량).

3.2. 궤도 특성

태양계 행성들은 거의 동일한 궤도면(황도면) 위에서 태양을 공전하며, 각 궤도는 거의 원에 가깝다. 행성 궤도는 궤도 장반경, 이심률, 궤도 경사각 등의 요소로 나타낼 수 있다. 행성의 질량을 모두 합쳐도 태양의 1/1000 정도에 불과하지만, 궤도의 각운동량은 태양 자전에 의한 각운동량의 약 200배를 나타낸다.

태양계 행성의 정의에 따르면, 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성이 행성으로 여겨진다. 이들은 공통적으로 거의 동일한 궤도면에 있고, 각 궤도가 거의 원에 가깝다는 특징을 갖는다. 또한, 태양에서 멀어질수록 행성 궤도 간격이 넓어진다.

지구보다 안쪽 궤도를 도는 수성과 금성은 내행성, 바깥쪽 궤도를 도는 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성은 외행성이라고 부른다. 지구는 내행성, 외행성 어느 쪽에도 분류되지 않는다.

행성이 지구를 사이에 두고 태양 반대 방향에 있으면 충, 태양과 같은 방향에 있으면 합이라고 한다. 내행성은 충이 없고, 합은 태양 앞에 있는 내합과 태양 반대쪽에 있는 외합 두 가지 경우가 있다.

행성은 보통 천구를 서에서 동으로 이동하는 것처럼 보이며, 이를 순행이라고 한다. 반대로 동에서 서로 이동하는 것처럼 보이는 것은 역행이라고 한다. 외행성은 충 위치에서 지구가 행성을 따라잡기 때문에 충 시기에 역행한다. 내행성은 내합 위치에서 지구가 행성에 따라잡히기 때문에 내합 시기에 역행한다. 행성이 순행에서 역행, 또는 역행에서 순행으로 바뀔 때 잠시 천구에서 움직이지 않는 것처럼 보이는데, 이를 류라고 한다.

3.3. 위성과 고리

수성과 금성을 제외한 모든 행성은 위성을 가지고 있으며, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성은 고리를 가지고 있다. 위성은 모행성의 중력에 의해 묶여 있는 천체이며, 고리는 먼지와 작은 입자들로 이루어진 얇은 원반 형태의 구조이다. 모든 큰 위성은 모행성에 조석 고정되어 있다.

3.4. 한국어 이름의 유래

한국어, 중국어, 일본어에서 모든 태양계 행성의 이름은 별을 뜻하는 한자 '별 성(星)' 앞에, 고대 사람들이 그 행성의 속성이라고 믿었던 말이나 서양의 행성 이름을 번역한 말을 덧붙여서 만들어졌다. 지구는 이러한 명명법을 따르지 않는데, 이는 행성 이름을 지을 당시 지구가 우주의 중심이라고 생각했기 때문이다.

수성, 금성, 화성, 목성, 토성은 고대 동양에서도 쉽게 관측되었다. 고대 동양인들은 이 별들이 음양 오행설에서 말하는 “화(불), 수(물), 목(나무), 금(쇠), 토(흙)”의 속성을 지녔다고 생각했다. 이러한 생각은 현재 한국에서 사용하는 행성의 명칭(화성, 수성, 목성, 금성, 토성)으로 이어졌으며, 구한말 이전에는 세성(목성), 형혹(화성), 진성(토성), 태백(금성), 진성(수성)으로도 불렸다.

고대 동양의 관측 기술로는 천왕성, 해왕성, 명왕성을 발견하지 못했다. 일본에서는 서양의 천문학을 받아들이면서 이 세 행성의 이름을 자국어로 옮길 때 우라노스가 하늘의 신이므로 천왕(天王), 포세이돈이 바다의 신이므로 해왕(海王), 하데스가 명계(冥界)의 신이므로 명왕(冥王)이라는 한자어를 만들어 붙였다. 한국에서는 이를 그대로 받아들여 사용하였다.

3.5. 다른 천체

2006년 국제천문연맹 총회에서는 행성에 대한 새로운 정의를 내렸다. 이 정의에 따르면, 명왕성은 행성에서 제외되고 왜행성으로 분류되었다. 새로운 정의는 다음과 같다.

# 항성 주위를 공전한다.
# 충분한 질량을 가져서 정역학적 평형을 유지할 수 있는 구형에 가까운 형태를 가지고 있다.
# 궤도 주변의 다른 천체로부터 지배권이 있어야 한다.

이 조건을 모두 만족하는 태양계의 행성은 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 8개이다. 처음 두 조건은 만족하지만 마지막 조건을 만족하지 않으면서, 다른 행성의 위성이 아닌 천체는 왜행성으로 정의되었다.

일본학술회의는 2006년 국제천문연맹 총회에서 결의된 행성 및 기타 천체의 정의 등에 관해, 2007년 4월 9일 제35회 간사 회의에서 새로운 개념의 일본어 번역 및 그 취급에 관한 대외 보고를 승인했다. 이 보고에서는 다음과 같은 제언이 이루어졌다.

* dwarf planet^영어에 관하여
* dwarf planet^영어는 그 개념에 모호한 부분이 있으며, 다른 과정에 의해 형성된 것으로 추정되는 천체(소행성대의 세레스와 TNO의 명왕성 및 에리스)를 같은 범주에 포함하는 것은 혼란을 야기할 수 있다고 지적되었다.
* 따라서 국제천문연맹에 추가적인 검토를 요청하는 동시에, 학교 교육 및 일반 사회에서는 적극적인 사용을 권장하지 않는다.
* dwarf planet^영어의 기준에, 직접 관측에 의해 비교적 용이하게 판정 가능한 직경을 더하는 안을 검토하고 있다(예를 들어 직경 1,000km 이상으로 하는 등).
* dwarf planet^영어의 일본어 명칭이 사회적으로 요청되는 경우에는 왜행성의 사용을 권장한다. 임시 번역으로 한때 사용되었던 왜소행성은 권장하지 않는다.
* 태양계 외연 천체에 관하여
* 해왕성 바깥에는 무수한 소천체가 돌고 있으며, 명왕성은 그 중 하나였다는 발견은 큰 진보이며, 적절한 명칭에 의해 그것을 명확히 할 필요가 있다.
* 이러한 천체는, 종래 에지워스-카이퍼 벨트 천체, 카이퍼 벨트 천체, TNO 등으로 불리며, 통일된 호칭은 없었다.
* 그래서, 이러한 천체 및 천체군의 명칭에 태양계 외연 천체를 권장한다. 또한 경우에 따라서는 '태양계'를 생략해도 좋다.
* 오르트 구름은 미발견 상태이므로, 명확하게 태양계 외연 천체에 포함되는 것은 아니다. 그러나 관측이 진행됨에 따라 '외연 천체'의 영역은 넓어질 것으로 예측되므로, 개념으로는 '외연 천체'의 연장으로 간주될 것이다.
* small solar system bodies^영어에 관하여
* dwarf planet^영어의 개념에 모호함이 남아있으므로, small solar system bodies^영어의 개념에도 모호한 점이 있다. 또한 현재 사용되고 있는 소행성, 혜성 등의 용어와의 관계에 대해서도 장래 정리될 것을 전제로, 당분간 사용할 일본어가 필요하다.
* 그것들을 염두에 둔 위에, small solar system bodies^영어의 일본어 명칭에 태양계 소천체를 권장한다.
* 명왕성이 대표하는 TNO(=태양계 외연 천체) 내 새로운 서브그룹의 명칭·취급에 관하여
* IAU 제26회 총회의 결의 6A에서 설정된 새로운 서브그룹의 명칭으로, 결의 6B에서 제안된 plutonian objects^영어가 부결되었으므로, 국제천문연맹에서는 더욱 검토를 계속하여, 2007년 6월에 새로운 명칭에 대해 결정할 방침이다.
* 현재까지 1,000개 이상의 태양계 외연 천체가 발견되었으며, 또한 직경 1,000km 이상의 천체도 다수 포함되어 있다는 것은, 태양계에 대해 이해하기 위해 큰 의의를 가진다.
* 상기 시점에 비추어, 새로운 서브그룹의 일본어 명칭에 명왕성형 천체를 권장하며, 또한 적절한 영어명을 국제천문연맹에 제안한다.

4. 태양계 외행성

1992년 PSR B1257+12 주위에서 외계 행성이 처음 발견된 이후, 수많은 외계 행성들이 발견되었다. 1988년 발견된 세페우스자리 감마 Ab를 시작으로 태양이 아닌 다른 항성을 공전하는 외계 행성들이 계속해서 발견되고 있으며, 21세기 초에는 300개가 넘는 외계 행성이 발견되었다.

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외계 행성 중에는 목성보다 훨씬 무거운 것도 발견되어, 국제천문연맹은 동반성과의 구별을 위해 다음 조건을 만족하는 천체를 잠정적으로 행성으로 정의하고 있다.

* 중수소 열핵융합을 일으킬 질량에 도달하지 않아야 한다.
* 별 또는 별의 잔해 주위를 돌아야 한다.

태양과 같은 조성을 가정하면 상한 질량은 목성의 13배 정도가 되는데, 이 숫자가 일률적으로 사용되는 경우가 많다. 다만, 열핵융합은 영속하지 않으므로, 현재 열핵융합을 일으키지 않는다고 해서 행성이라고 단정할 수는 없다.

열핵융합을 일으킬 질량에 도달하여 열핵융합이 일어나고 있거나 과거에 일어났던 천체는 갈색 왜성이라고 부른다. 별 또는 별의 잔해 주위를 돌지 않는 천체는 준갈색왜성(sub-brown dwarf)이라고 부른다.

행성과 갈색 왜성의 차이는 형성 과정에 있다고 보는 견해가 지배적이다. 행성은 원시성을 둘러싼 원시 행성계 원반 내에서 형성되고, 갈색 왜성은 분자운 자체에서 직접 형성된다고 생각한다. 행성 형성 시에는 고체 핵(목성 질량을 넘는 행성의 경우 핵은 지구 질량의 10배 정도)이 먼저 만들어지고, 여기에 주변 가스가 행성의 재료로 추가된다. 이러한 과정에서 중수소 열핵융합을 일으킬 정도의 질량에 도달하는 경우도 드물게 존재하며, 형성 과정에 따라 분류하면 행성과 갈색 왜성의 질량 분포는 일부 겹칠 가능성이 있다.

이처럼 저질량 갈색 왜성과 대질량 행성의 구분을 위한 정의는 여러 가지가 혼재되어 있으며, 앞으로 새로운 정의가 합의될 가능성도 있다.

4.1. 외계 행성의 종류

1988년 발견된 세페우스자리 감마 Ab 이후로 태양이 아닌 다른 항성을 공전하는 많은 외계 행성들이 발견되었다. 외계 행성은 질량, 크기, 궤도 등에 따라 다양하게 분류된다. 2008년 8월까지 296개의 외계 행성이 발견되었다. 각 행성은 고유한 물리적 특성을 가지고 있지만, 여러 가지 광범위한 공통점도 존재한다. WASP-17b^영어는 별의 자전과 반대 방향으로 공전하는 것으로 밝혀졌다.

행성의 궤도는 다음 요소로 정의된다.

* 궤도 이심률: 행성 타원 궤도의 늘어짐을 설명한다. 이심률이 낮으면 원형에 가까운 궤도를, 높으면 타원형 궤도를 가진다.
* 장반경: 궤도의 크기를 나타낸다.
* 경사: 기준면 위 또는 아래로 궤도가 얼마나 기울어져 있는지를 나타낸다.
* 승교점과 강교점: 행성이 기준면 위와 아래를 교차하는 지점이다. 승교점 경도는 기준면의 0 경도와 행성의 승교점 사이의 각도이다. 근점 인자는 행성의 승교점과 별에 가장 가까이 접근하는 지점 사이의 각도이다.

중력은 행성을 대략적인 구형으로 만들기 때문에 행성의 크기는 평균 반지름으로 표현할 수 있다. 행성을 정의하는 물리적 특징은 자체 중력의 힘이 물리적 구조를 묶는 전자기력보다 우세하여 정역학적 평형 상태에 이르게 할 만큼 충분히 질량이 크다는 것이다. 이는 모든 행성이 구형 또는 타원체임을 의미한다.

질량은 행성이 별과 구별되는 주요 속성이다. 별의 질량의 하한은 목성 질량의 약 75~80배로 추정된다.

외계 행성 발견 이전에도, 특정 개체가 소행성대와 같은 별개의 집단의 일부인지, 아니면 중수소의 핵융합으로 에너지를 생성할 만큼 충분히 큰지에 따라 행성으로 간주해야 하는지에 대한 의견 불일치가 있었다. 1992년, 알렉산데르 볼스찬과 데일 프레일은 펄서인 PSR B1257+12 주변의 행성을 발견했다. 1995년 10월 6일, 제네바 천문대의 미셸 마요르와 디디에 켈로즈는 일반적인 주계열성 (51 페가시b)을 공전하는 외계 행성을 처음으로 확실하게 감지했다.

외계 행성의 발견은 행성이 별이 되는 시점에 대한 또 다른 모호성을 야기했다. 많은 알려진 외계 행성은 목성의 여러 배에 달하는 질량을 가지고 있으며, 갈색 왜성으로 알려진 항성체에 접근하고 있다.

2006년 국제천문연맹(IAU)의 정의는 외계 행성에 몇 가지 문제점을 제기했는데, 이는 이 정의가 태양계에 특화되어 있고, 둥근 모양과 궤도 구역 청산 기준을 현재 외계 행성에서 관측할 수 없기 때문이다. 2018년에는 외계 행성에 대한 지식이 증가함에 따라 이 정의가 재평가되고 업데이트되었다. 현재 외계 행성에 대한 공식적인 작동 정의는 다음과 같다:

국제천문연맹(IAU)은 이 정의가 지식이 향상됨에 따라 진화할 것으로 예상된다고 언급했다. 편의상 목성 질량의 13배 이하를 행성, 13~75배 정도를 갈색 왜성, 75배 이상을 항성으로 보는 견해가 있다. 실제로 이론적 상한 질량은 목성 질량의 80배 정도이다. 하지만 이러한 질량만을 정의하는 것에 대해 논란이 있다.

항성 주위의 행성을 관측적으로 탐지하려는 경우에는 갈색 왜성의 상한 질량 이하에서 발견되는 천체 중 갈색 왜성 후보와 행성 후보를 구분해야 한다.

4.2. 외계 행성 탐사

1988년 발견된 세페우스자리 감마 Ab 이후로 태양이 아닌 다른 항성을 공전하는 많은 외계 행성들이 발견되었다. 1990년대 이후, 관측 기술의 발달로 태양계 이외의 천체에서도 행성을 가진 항성이 발견되기 시작했는데, 이를 외계 행성 또는 계외 행성이라고 부른다.

21세기 초까지 300개가 넘는 외계 행성이 발견되었지만, 대부분 간접적인 증거에 의한 것이었다. 핫 주피터나 이심률 행성과 같이 태양계의 행성들과는 크게 다른 궤도를 가진 외계 행성들이 더 발견되기 쉬웠기 때문이다. 그러나 지속적인 관측으로 데이터가 축적되고 영상 분석 기술이 개선되면서 포말하우트b나 물병자리 β별b처럼 외계 행성의 모습을 이미지로 직접 확인할 수 있게 되었다 (외계 행성의 표면 무늬가 그려진 이미지는 모두 상상도이다).

외계 행성 중에는 목성보다 훨씬 무거운 것도 발견되어, 국제천문연맹 외계 행성 워킹 그룹은 다음 조건을 만족하는 천체를 잠정적으로 행성으로 정의하고 있다.

* 중수소 열핵융합을 일으킬 질량에 도달하지 않아야 한다.
* 별 또는 별의 잔해 주위를 돌아야 한다.

갈색 왜성은 열핵융합을 일으킬 질량에 도달하여 열핵융합이 일어나고 있거나 과거에 일어났던 천체를 말한다. 별 또는 별의 잔해 주위를 돌지 않는 천체는 이전에는 부유 행성 등으로 불렸지만, 준갈색왜성(sub-brown dwarf)으로 부르도록 워킹 그룹이 정했다.

대부분의 행성 과학자들은 행성과 갈색 왜성의 차이가 형성 과정에 있다고 본다. 행성은 원시 행성계 원반 내에서 형성되고, 갈색 왜성은 분자운 자체에서 직접 형성된다고 생각한다. 행성 형성 시에는 고체 핵(목성 질량을 넘는 행성이 생기는 경우에는 핵이 지구 질량의 10배 정도)이 먼저 만들어지고, 여기에 주변의 가스가 (대기가 아닌) 행성의 재료로서 더해진다.

5. 행성의 형성

행성은 항성 주위에 형성되는 원시 행성계 원반에서 먼지와 가스가 모여 만들어진다. 원시 행성계 원반은 헬륨 가스, 수소, 먼지로 이루어져 있으며, 오랜 시간에 걸쳐 형성된다. 이 원반 내에서 중력 불안정성이 발생하면 거대 가스 행성이 형성되기도 한다.

원시 행성들이 만들어지고 주변의 성운 가스가 사라지면, 이들의 궤도는 중력에 의해 타원형이 된다. 이 원시 행성들은 타원 궤도를 따라 움직이며 서로 충돌하고, 이 과정에서 더 큰 행성으로 성장한다. 이렇게 생겨난 것이 태양계 행성들이다.

태양에서 멀수록 온도가 낮아 가벼운 가스들이 많이 남아있게 되고, 이들이 빠르게 형성되면서 지름이 크고 밀도가 낮은 목성형 행성들이 먼저 생성된다. 따라서 태양계에서 가장 먼저 만들어진 행성은 목성이다.

행성이 어떻게 형성되는지는 아직 확실하게 밝혀지지 않았다. 현재 유력한 가설은 행성이 성운이 가스와 먼지로 이루어진 얇은 원반으로 붕괴되는 과정에서 형성된다는 것이다. 원시별이 중심부에 형성되고, 회전하는 원시 행성계 원반이 이를 둘러싼다. 강착 과정을 통해 원반 내 먼지 입자들이 질량을 축적하여 점점 더 큰 천체를 형성한다. 미행성체라고 불리는 국소적인 질량 집중이 형성되고, 이들은 중력적 인력으로 주변 물질을 끌어당겨 강착 과정을 가속화한다. 이러한 집중은 중력에 의해 안쪽으로 붕괴되어 원시 행성을 형성할 때까지 점점 더 밀도가 높아진다. 행성이 화성 질량보다 약간 더 커지면, 확장된 대기를 축적하기 시작하고, 대기 항력을 통해 미행성체의 포획률을 크게 증가시킨다. 고체와 가스의 강착 역사에 따라 거대 행성, 얼음 거대 행성, 또는 지구형 행성이 형성될 수 있다.

원시별이 별을 형성하기 위해 점화될 정도로 성장하면, 남은 원반은 광증발, 태양풍, 포인팅-로버트슨 항력 등의 효과에 의해 안쪽에서 바깥쪽으로 제거된다. 이후에도 많은 원시 행성이 별 또는 서로를 공전할 수 있지만, 시간이 지나면서 충돌하여 더 크고 결합된 원시 행성을 형성하거나 다른 원시 행성이 흡수할 물질을 방출한다. 충분히 큰 질량을 가진 천체는 궤도 근처의 대부분의 물질을 포획하여 행성이 된다. 충돌을 피한 원시 행성은 중력 포획 과정을 통해 행성의 자연 위성이 되거나, 왜행성 또는 태양계 소천체가 되기 위해 다른 천체의 고리에 남을 수 있다.

5.1. 원시 행성계 원반

원시 행성계 원반은 초신성 폭발로 흩어진 성간 가스가 다시 모여 별이 만들어질 때, 별 주위에 남은 물질들이 원반 형태로 모여들어 형성되는 것으로, 새로 태어난 별 주위에 형성되는 가스와 먼지로 이루어진 원반 모양의 구조이다. 이 원반은 주로 수소, 헬륨 가스, 그리고 먼지로 구성되어 있다.

원시 행성계 원반 안에서 먼지 입자들은 서로 충돌하고 합쳐지면서 점점 커진다. 이들은 먼저 미행성체를 형성하고, 미행성체들은 다시 중력으로 합쳐져 원시 행성이 된다. 원시 행성의 크기는 별과의 거리에 따라 달라지는데, 별에서 가까울수록 작고 멀수록 커진다.

원시 행성계 원반은 불안정한 중력 상태로 인해 거대 가스 행성이 형성되기도 한다.

5.2. 행성 형성 과정

원시 행성계 원반은 먼지와 가스가 모여들어 오랜 시간에 걸쳐 형성된다. 원시 행성계 원반 내에서 중력 불안정성이 발생하면 거대 가스 행성이 형성되기도 한다. 항성 주위에 남은 물질들이 원반 형태로 모여 원시 행성계 원반을 형성하는데, 이는 헬륨 가스, 수소, 먼지로 이루어져 있다.

원시 행성들이 생성되고 주변 성운 가스가 사라지면, 원시 행성들은 중력에 의해 타원형 궤도를 갖게 된다. 이들이 타원 궤도를 돌면서 서로 충돌하고, 이 과정에서 크기가 커지면서 태양계 행성들이 생겨났다.

태양에서 멀어질수록 온도가 낮아져 가벼운 가스들이 많이 남아있게 되고, 이로 인해 지름이 크고 밀도가 낮은 목성형 행성들이 먼저 생성된다. 태양계에서 가장 먼저 만들어진 행성은 목성이다.

항성이 형성되어 활동을 시작하면, 행성계 원반의 눈 경계선 부분의 가스가 얇아진다. 눈 경계선은 얼음 등 저비점 휘발성 물질이 승화하는 온도가 되는 영역으로, 태양계에서는 2-4 AU 정도에 해당한다. 이 경계에서 휘발성 물질은 승화와 응고를 반복하며, 주변 가스의 움직임을 불안정하게 만들어 가스를 튕겨낸다. 희박해진 가스는 속도가 빨라지고, 원시 행성은 가속되어 눈 경계선 바깥쪽에 머물게 된다. 이들은 집적하여 큰 천체를 형성한다.

눈 경계선 안쪽에서는 원시 행성들이 충돌을 반복하며 지구형 행성으로 합쳐진다. 지구형 행성은 행성계 원반의 가스를 축적한 것이 아니라, 충돌이나 화산 활동으로 내부에서 분출된 물질로부터 형성된 것으로 보인다.

눈 경계선 바깥쪽에서는 최초의 거대 가스 행성이 중력으로 주변 물질의 궤도를 교란시켜 튕겨내고, 궤도 바깥쪽에 물질이 쌓이면서 다음 천체를 만들어낸다. 이 과정이 연쇄적으로 일어나 행성들이 형성되지만, 태양계에서는 천왕성과 해왕성이 집적될 때 가스가 부족해져 거대 얼음 행성이 되었다.

6. 행성의 역사와 어원

행성에 대한 개념은 고대 시대의 신성한 빛에서 과학 시대의 지구와 같은 물체로 변화해 왔다. 이 개념은 태양계뿐만 아니라 수많은 다른 외계 행성계를 포함하도록 확장되었다. 무엇을 행성으로 간주할 것인가에 대한 합의는 여러 번 바뀌었으며, 이전에는 소행성, 위성, 왜행성인 명왕성을 포함하기도 했다.

과학 혁명과 니콜라우스 코페르니쿠스, 갈릴레오 갈릴레이, 요하네스 케플러의 지동설이 등장하면서 "행성"이라는 용어는 항성에 상대적으로 하늘을 움직이는 존재에서 태양을 직접 또는 간접적으로 공전하는 천체로 바뀌었다. 이에 따라 지구는 행성 목록에 추가되었고, 태양은 제외되었다.

19세기 초, 케레스(1801년), 팔라스(1802년), 주노(1804년), 베스타(1807년)가 발견되었으나, 이들은 화성과 목성 사이의 소행성대를 공유하며 궤도가 겹치기도 했다. 이들은 다른 행성보다 훨씬 작았기 때문에 소행성으로 불렸다. 1840년대에 더 많은 소행성이 발견되면서, 천문학자들은 소행성을 주요 행성과 별도로 분류하고 번호를 할당하기 시작했다.

해왕성은 1846년에 천왕성에 대한 중력의 영향으로 그 위치가 예측되어 발견되었다. 19세기 말에는 태양에 더 가까운 또 다른 행성이 있을 수 있다고 믿어졌으나, 아인슈타인의 일반 상대성 이론으로 설명되었다.

명왕성은 1930년에 발견되어 아홉 번째 행성으로 받아들여졌으나, 추가 관측 결과 실제로는 훨씬 작다는 것이 밝혀졌다. 1978년 카론이 발견되면서 명왕성의 질량이 지구 질량의 0.2%에 불과하다는 것이 밝혀졌고, 2006년에 행성 지위를 잃었다.

1792년 나가사키의 네덜란드 통역관 모토키 요시나가가 코페르니쿠스의 지동설을 번역할 때 '惑星'(혹성)이라는 용어를 처음 사용한 것으로 여겨진다. 천구 상에서 위치를 바꾸는 모습을 '혹성'(惑う星, 미혹하는 별)으로 표현한 데서 유래했다.

한자 문화권에서는 일본만 '혹성'이라는 한자어를 사용하고, 한국, 중국, 베트남은 '행성'이라는 용어를 사용한다. '항성'과 '행성'은 모두 명말청초에 서양 천문서가 한역될 때 참조된 고대 중국의 우주론에 기인한 것이다.

6.1. 고대 문명과 행성

고대 바빌로니아인들은 행성에 대한 실용적인 이론을 가지고 있었다. 현존하는 가장 오래된 행성 천문학 텍스트는 바빌로니아의 아미사두카의 금성 텍스트로, 기원전 7세기에 기록된 금성의 움직임에 대한 관찰 목록의 사본이며, 아마도 기원전 2천년기 초로 거슬러 올라간다. MUL.APIN은 기원전 7세기에 기록된 두 개의 설형 문자 점토판으로, 1년 동안의 해, 달, 행성의 움직임을 기록하고 있다. 내행성인 금성과 수성, 그리고 화성, 목성, 토성은 모두 바빌로니아 천문학자들에 의해 확인되었다. 이것들은 근대 초기에 망원경이 발명되기 전까지 유일하게 알려진 행성이었다.

고대 그리스인들은 초기에 바빌로니아인들만큼 행성에 큰 의미를 부여하지는 않았다. 그러나, 고대 그리스인들은 이 빛들을 πλάνητες ἀστέρες^{고대 그리스어} (방랑하는 별) 또는 πλανῆται^{고대 그리스어} (방랑자)라고 불렀으며, 여기서 오늘날의 "행성"이라는 단어가 유래되었다. 고대 그리스, 중국, 바빌론, 그리고 실제로 모든 근대 이전의 문명에서, 지구는 우주의 중심이며 모든 "행성"이 지구를 중심으로 돈다고 거의 보편적으로 믿었다. 이러한 인식의 이유는 별과 행성이 매일 지구 주위를 공전하는 것처럼 보였고, 지구는 견고하고 안정적이며 움직이지 않고 정지해 있다는, 겉보기에 상식적인 인식이 있었기 때문이다.

6.2. 중세 천문학과 과학 혁명

과학 혁명 시기에 니콜라우스 코페르니쿠스, 갈릴레오 갈릴레이, 요하네스 케플러 등에 의해 지동설이 확립되면서 지구도 행성의 일종으로 간주되었다. 코페르니쿠스식 주 행성의 수는 1781년 윌리엄 허셜이 천왕성을 발견할 때까지 유지되었다.

6.3. 행성 이름의 유래

태양계의 행성 (지구 제외)들의 영어 이름은 고대 바빌로니아인, 고대 그리스인, 로마인들이 순차적으로 개발한 명명 관행을 따른다. 신의 이름을 행성에 붙이는 것은 고대 그리스인들이 바빌로니아인들에게서, 그리고 로마인들이 그리스인들에게서 차용한 것이다. 바빌로니아인들은 금성을 수메르의 사랑의 여신을 기리는 아카드어 이름인 이슈타르로, 화성은 전쟁의 신인 네르갈로, 수성은 지혜의 신 나부로, 목성은 주신인 마르두크의 이름을 따서 지었다. 그리스와 바빌로니아의 명명법은 서로 유사하여, 독립적으로 발생했을 가능성은 낮다.

고대 그리스에서 태양과 달은 티탄 신족인 헬리오스와 셀레네로 불렸다. 가장 느린 행성(토성)은 빛나는 자라는 뜻의 파이논, 목성은 "밝은" 행성 파에톤으로 불렸다. 붉은 행성(화성)은 "불타는"이라는 뜻의 피로에이스, 가장 밝은 행성(금성)은 빛을 가져오는 자라는 뜻의 포스포로스, 가장 빠른 행성(수성)은 빛나는 자라는 뜻의 스틸본으로 불렸다. 그리스인들은 각 행성을 올림포스 신과 초기 티탄 중 하나에 배정했다.

현대 그리스인들은 여전히 행성에 고대 이름을 사용하지만, 다른 유럽 언어들은 로마 제국과 가톨릭 교회의 영향으로 그리스어 이름 대신 로마어(라틴어) 이름을 사용한다. 로마인들은 로마 신화의 판테온을 가지고 있었지만, 그리스 시 문화의 서사적 전통은 부족했다. 로마 공화정 후기, 로마 작가들은 그리스 서사를 차용하여 자신의 판테온에 적용했다. 로마인들은 그리스 천문학을 연구하면서 행성에 자신의 신들의 이름을 부여했다: 메르쿠리우스(헤르메스), 비너스(아프로디테), 마르스(아레스), 유피테르(제우스), 사투르누스(크로노스).

영어에서 Saturday, Sunday, Monday는 로마식 이름을 직접 번역한 것이다. 다른 날들은 앵글로색슨 신인 티우(화요일), 워덴(수요일), 토르(목요일), 프리게(금요일)의 이름을 따서 다시 명명되었다.

영어에서 지구의 이름은 그리스-로마 신화에서 파생되지 않았다. 17세기경에 행성으로 일반적으로 받아들여졌기 때문에, 신의 이름을 따서 명명하는 전통이 없다. 그 이름은 고대 영어 단어 eorþe에서 유래되었다.

비유럽 문화는 다른 행성 명명 시스템을 사용한다. 인도는 나바그라하를 기반으로 하는 시스템을 사용한다. 행성은 수르야(태양), 찬드라(달), 부다(수성), 슈크라('밝은', 금성), 망갈라(전쟁의 신, 화성), (신의 조언자, 목성), 샤니(시간의 상징, 토성)이다.

중국 문화권의 영향을 받은 동아시아 국가(일본, 한국, 베트남)는 중국 오행을 기반으로 하는 명명 시스템을 사용한다: 물(수성 水星 "물 별"), 금속(금성 金星 "금속 별"), 불(화성 火星 "불 별"), 나무(목성 木星 "나무 별"), 흙(토성 土星 "흙 별").

6.4. 행성 기호

행성의 영어 이름은 고대의 바빌로니아인, 고대 그리스인, 로마인이 연속적으로 개발한 명명 관행에서 파생되었다. 신의 이름을 행성에 붙이는 관행은 고대 그리스인에 의해 바빌로니아인으로부터, 그리고 그 후 그리스인으로부터 로마인에 의해 거의 확실하게 차용되었다.

고대 그리스에서 태양과 달은 티탄 신인 헬리오스와 셀레네로 불렸고, 가장 느린 행성인 토성은 파이논, 목성은 파에톤, 붉은 행성인 화성은 피로에이스, 가장 밝은 행성인 금성은 포스포로스, 수성은 스틸본으로 불렸다. 그리스인들은 각 행성을 그들의 신들인 올림포스 신과 초기 티탄 중 하나에 배정했다.

현대 그리스인들은 여전히 행성에 고대 이름을 사용하지만, 다른 유럽 언어들은 로마 제국과 그 후 가톨릭 교회의 영향으로 그리스어 이름 대신 로마어(라틴어) 이름을 사용한다. 로마인들은 행성에 자신의 신들의 이름을 부여했다: 메르쿠리우스(헤르메스), 비너스(아프로디테), 마르스(아레스), 유피테르(제우스), 사투르누스(크로노스).

영어에서 지구의 이름은 그리스-로마 신화에서 파생되지 않았다. 17세기경에 행성으로 일반적으로 받아들여졌기 때문에, 신의 이름을 따서 명명하는 전통이 없다.