행성계

행성계(行星界, Planetary System)란 한 항성, 혹은 항성계 주위를 핵융합 반응을 통해 스스로 빛을 내지 못하는 행성, 왜행성, 소행성, 혜성 등의 천체가 공전하고 있는 체계를 말한다.

지구 역시 태양을 중심으로 형성된 행성계의 구성원이다.

행성계의 구성원에는 항성의 중력에 영향을 받는 모든 천체가 포함되기 때문에 행성과 그에 부속된 위성 및 천체의 고리뿐만 아니라 우주에 떠다니는 조그마한 유성체 등도 모두 포함한다. 태양계를 기준으로 하면 카이퍼 벨트, 산란 분포대, 오르트 구름까지 모두 해당된다.

행성계는 항성계와는 다른 개념이다. 항성계는 항성들의 집합이고, 행성계는 행성과 주성이 이루는 성계이다.

전리수소영역에서 형성되는 경우가 흔하다. 독성으로 형성되는 경우는 드물다.

주성이 성공적으로 핵융합 단계에 진입하고, 행성이 1개 이상 형성되었다면 비로소 행성계라는 단어가 성립된다. 다만, 궤도 안정화가 되기 전에 사악한 가스 행성이나 상호간의 중력섭동이 거세져 튕겨져 나가면 궤도 내외의 내행성, 외행성으로 변하거나 아예 천체 충돌, 떠돌이 행성이 되는 것이 대다수이다.[1] 이 경우 독자적인 위성계를 가질 수 있으나 아직 증거는 없다.

O형 주계열성의 경우 광증발 효과(photoevaporation effect)가 커서 미행성의 형성이 힘들어 행성계가 발생하기 힘들 것으로 생각되며, B형 주계열성도 같은 현상으로 인해 행성계 바깥에 형성될 가능성이 높다.
다만, 위 케이스는 질량이 너무 커서 자체 중력으로 행성을 포획할 수도 있다.

A~K형 주계열성까지는 특별한 사항이 없으나 적색왜성의 경우 성간 먼지가 적어서 미행성이 많이 형성되진 않거나 미행성이 서로 너무 가까워 충돌하는 경우가 많아 행성이 많지 않을 가능성이 크다.

궤도 안정화가 진행되어,[2] 행성, 위성들이 안정적인 궤도를 형성하며, 소행성대의 기준이 명확해지면 안정화가 되었다고 할 수 있다. 이후 행성계는 비교적 평안해지고 생명체가 진화할 수 있는 조건을 갖추게 된다. 그러나 A형 주계열성은 너무 강한 빛과 열, 너무 짧은 존속기간, 적색왜성의 경우 지나치게 가까운 골디락스 존, 항성풍 및 플레어, 조석 고정에 의해 외계 생명체 존재 가능성이 떨어지게 된다.

계속해서 주성은 커지며 뜨거워지고 골디락스 존이 점점 밖으로 밀려난다.

몇 억년후에서 몇 십억 년 후, 계속해서 골디락스 존이 밖으로 밀려나면 행성들의 온실효과가 심해지고 그 결과 바다가 증발하고 대기가 두꺼워지게 된다. 내행성계 행성의 생태계는 파괴되며 행성의 생명은 멸종하게 된다.

주성이 더 이상 안정적으로 핵융합을 할 수 없게 되면 주계열성을 벗어나 준거성을 거쳐 거성 혹은 초거성 및 극대거성[3] 단계에 진입하게 된다. 이후 그 행성계는 갑작스러운 주성의 질량 손실으로 인해 궤도가 불안정해지고, 엄청나게 부풀려진 주성의 항성풍은 가까운 내행성의 대기권을 날려버리고 궁극적으로는 행성 자체를 흡수하기 충분해진다. 이후 행성상성운을 남기고 백색왜성이 된다.

주성의 에너지가 충분히 큰 경우에는, 초신성으로 폭발하여 초신성잔해를 남기고 중성자별, 블랙홀이 된다. 그 과정에서 행성계는 개박살난다.

기나긴 수명으로 진화 사례는 없지만, 태양 질량의 4분의 1 미만인 적색왜성은 거성 대신 청색왜성이 되어 행성들을 뜨겁게 달궈주다가 수소가 전부 고갈되면 핵융합을 멈추고 점차 식어가는 헬륨 백색왜성이 된다. 더 무거운 별들과 달리 내행성들을 집어삼키지 못하며, 최종 진화 단계에서의 질량 방출 또한 미미하여 행성들의 궤도 변화도 사실상 없다.

이후 왜성이 식어가면서 더 이상 중심별이 행성을 잡아놓을 수 없을만큼 질량을 잃게 되면 이후 행성은 행성계를 벗어나 떠돌이 행성이 된다. 남은 행성은 중력 복사 법칙으로 별과 충돌하여 행성계는 최종적으로 해체된다. 햄성계 해체 이후 백색왜성은 흑색왜성이 되고 철 별을 거쳐 블랙홀이 된 후 호킹 복사로 소멸한다.

일단 초신성 폭발의 충격으로 행성의 대기가 몽땅 날아가버리거나 심하면 행성 자체가 파괴될 수 있다. 남은 행성은 이후 궤도를 이탈하여 떠돌이 행성이 되버리거나 기존 행성 혹은 다른 행성을 중력으로 끌어들여 안정적(?)으로 궤도를 유지할 수 있다. 이후 중성자별은 블랙홀이 된다.

초신성 폭발 역시 행성을 흡수해 파괴하거나 대기를 없앨 수 있다. 이후 블랙홀 또한 호킹 복사로 증발 및 소멸한다.