개요
트로이 행성(영어: Trojan planet, 때로는 exotrojan)은 항성(중심 천체) 주위를 공전하는 행성과 동일한 공전 궤도를 공유하면서, 그 행성의 궤도상 앞뒤 약 60° 지점에 있는 L4·L5 라그랑주 점 부근에서 안정적으로 진동(libration)하는 행성을 가리키는 천문학 용어이다. 즉, 하나의 항성 주위를 두 개의 행성이 같은 궤도에서 공동 궤도(co-orbital) 운동으로 공전하는 배치를 뜻한다.
트로이 행성은 공동 궤도 천체(co-orbital object)의 한 유형이며, 태양계에서 다수 확인된 트로이 소행성(trojan) 및 트로이 위성(trojan moon)과 동일한 역학적 원리에 기반한 개념이다. 다만 태양계에서 실제로 관측된 트로이 천체는 대부분 행성보다 질량이 훨씬 작은 소행성체이므로, 상대적으로 큰 질량을 가진 "행성" 두 개가 같은 궤도를 공유하는 사례는 별도로 트로이 행성 또는 공동 궤도 행성(co-orbital planet)이라 부른다.
명칭의 유래
"트로이(trojan)"라는 명칭은 목성의 L4·L5 라그랑주 점 부근에서 발견된 소행성들이 그리스 신화의 트로이 전쟁 등장인물 이름으로 명명된 데서 유래하였다. 관례상 목성의 L4 지점(목성 앞쪽)에 있는 소행성은 그리스 진영 인물, L5 지점(목성 뒤쪽)에 있는 소행성은 트로이 진영 인물의 이름을 붙인다. 이후 라그랑주 점에 위치한 천체 전반을 가리키는 일반 명칭으로 확장되었다.
이론적 배경
1772년 조제프루이 라그랑주가 삼체 문제의 해를 연구하면서, 두 질량체의 중력이 평형을 이루는 다섯 개의 정지점(라그랑주 점)이 존재함을 밝혔다. 이 가운데 L4와 L5는 두 질량체와 정삼각형을 이루는 위치로 특히 안정하며, 상대적으로 작은 천체가 이 부근에 포획되어 오랫동안 진동할 수 있다.
이 원리는 행성계에도 그대로 적용될 수 있다는 것이 이론적으로 제시되어 왔다. 항성과 행성으로 이루어진 계에서, 다른 행성이 그 행성의 L4 또는 L5 부근에 존재하면 두 행성이 같은 주기로 항성을 공전하는 안정적 배치가 가능하다는 것이다. 다만 이러한 배치의 장기적 안정성은 세 천체의 질량비, 다른 행성의 중력 섭동, 궤도 이심률과 경사각 등에 크게 좌우된다.
태양계의 유사 사례
태양계에서는 행성과 같은 궤도를 공유하는 소행성체(트로이 소행성)와 위성(트로이 위성)이 다수 확인되어 있다.
- 목성 트로이군: 목성의 L4·L5 지점 부근에 다수의 소행성이 분포하며, 이는 태양계에서 확인된 트로이 천체의 대표적 사례이다.
- 다른 행성의 트로이 천체: 화성, 해왕성, 지구, 천왕성, 금성 등의 라그랑주 점 부근에서도 트로이 소행성이 보고되었다.
- 트로이 위성: 토성의 위성 테티스 주위의 텔레스토·칼립소, 디오네 주위의 헬레네·폴리데우케스 등이 알려져 있다.
이들은 모두 행성(또는 위성)보다 질량이 훨씬 작은 천체이므로, 질량이 비슷한 "행성 규모"의 트로이 행성과는 구분된다.
관측 현황
트로이 행성은 오랫동안 이론적으로만 예측된 개념이었으며, 2020년대 초까지 확정된 트로이 행성은 없었다. 관측적 어려움과 궤도의 불안정성 때문에 실제 사례가 확인되지 않았던 것이다.
2023년, 스페인 마드리드 천체생물학센터(CAB)를 중심으로 한 연구진은 칠레 ALMA 전파망원경군의 자료를 재분석하여, 원시행성계 PDS 70의 거대 행성 PDS 70 b의 L5 영역에서 약 4시그마(영상처리 보정 시 약 6시그마) 수준의 준밀리미터(submillimeter) 복사 신호를 보고하였다. 이 신호는 달 질량의 약 0.03~2배에 해당하는 먼지가 해당 라그랑주 점 부근에 축적되어 있을 가능성을 시사한다.
다만 연구진은 이 신호가 (1) 이미 파괴된 행성의 잔해, (2) 아직 형성 중인 행성의 재료, 또는 (3) 실제 공동 궤도 천체 가운데 하나일 가능성을 모두 열어 두었으며, 검출은 잠정적(tentative)인 것으로 추가 관측을 통한 확인이 필요하다고 명시하였다. 확정을 위해서는 PDS 70 b와 그 부근 물질이 궤도를 따라 함께 이동하는지를 2026년 이후 재관측으로 검증해야 한다고 예측하였다. 따라서 2023년 시점에서 이는 트로이 행성의 "최초 증거 후보"로 평가되며, 확정된 발견으로 보기는 어렵다.
이 밖에도 TRoy project 등 여러 연구진이 외계 행성계를 대상으로 공동 궤도 천체를 탐색해 왔으나, 2020년대 초까지 확정된 사례는 보고되지 않았다.
같이 보기
- 라그랑주 점
- 트로이군
- 공동 궤도 천체
- PDS 70
정리: "트로이 행성"은 실제로 존재하는 천문학적 개념(이론적 가설 및 관측 탐색 대상)으로, 학술 문헌과 백과사전에서 다루어지는 용어이다. 다만 2020년대 초·중반까지 실제로 확정된 트로이 행성은 확인되지 않았으며, 2023년 PDS 70 b의 L5 영역에서의 신호는 잠정적 관측 증거로만 보고되어 있다.
