**태양계외 행성**(太陽系外行星), **외계 행성**(外界行星) 또는 **계외 행성**(系外行星)은 태양계 밖의 행성으로, 태양이 아닌 다른 항성 주위를 공전하고 있는 행성이다. 지금까지 3800여 개의 외계 행성이 발견되었으며(2018년 6월 23일 기준: 행성계 2840개에서 행성 3796개. 이 중 다중행성계는 632개) 모두 우리 은하 내에 있다. 대부분 항성을 돌고 있으나 일부는 홀로 우주 공간을 움직이는 떠돌이 행성이기도 하다. 발견된 외계 행성들 중 지구와 가장 가까운 것은 프록시마 b이다.

수 세기에 걸쳐 많은 철학자와 과학자들은 외계 행성이 있으리라고 추측해 왔으나 이들이 얼마나 흔하게 있는지 또는 우리 태양계와 외계 행성계가 얼마나 비슷한지 알 방법이 없었다. 19세기부터 외계 행성을 찾았다는 발표가 여러 번 있었으나 천문학자들의 검증 결과 이 모든 주장들은 기각되었다. 1992년 펄사 PSR B1257+12 주위를 도는 암석 행성들의 존재가 최초로 검증, 발표되었다. 주계열성을 도는 행성 중 최초로 확인된 행성은 페가수스자리 51을 4일에 한 바퀴 도는 가스 행성 페가수스자리 51 b이다. 관측 기술의 향상 덕분에 이후 외계 행성의 발견 속도는 상승했다. 몇몇 외계 행성은 망원경으로 직접 사진을 찍었으나 대다수는 시선 속도와 같은 간접적인 방법으로 발견되었다.

확인된 외계 행성 대부분은 목성 또는 해왕성 정도 덩치의 가스 행성으로 추측되나 가스 행성이 외계 행성들 중 대부분을 차지한다는 의미는 아니다. 단지 무거운 행성들은 쉽게 눈에 띄기 때문이며 선택 편향의 결과이다. 갈색 왜성을 도는 외계 행성들도 있으며 어떤 항성에도 속박되지 않고 우주를 떠도는 행성도 있다. 그러나 이런 특수한 상황에서 천체들에 '행성' 명칭이 항상 적용되는 것은 아니다.

일부 행성은 생명체 거주가능 영역 내를 돌고 있어 표면에 액체 물(또는 생명체)이 존재 가능할 것으로 보이며, 이런 행성들의 발견으로 외계 생명체의 존재 여부에 대한 관심은 증폭되고 있다.

## 발견 역사

### 초창기 발견 주장
16세기 이탈리아의 신학자인 조르다노 부르노(코페르니쿠스의 태양중심설을 옹호했음)는 붙박이별들은 태양과 비슷하며 그 주위는 우리 태양계처럼 행성들이 돌고 있다고 주장했다. 그는 1600년 종교 재판소의 결정에 따라 말뚝에 묶여 화형에 처해졌다. 그러나 그의 천문학적 관점이 유죄판결의 주된 이유는 아니었다.

18세기에 영국의 물리학자인 아이작 뉴턴은 자연철학의 수학적 원리에 부르노와 비슷한 주장을 적어 놓았다. 태양계 행성들과의 비교를 통해 뉴턴은 이렇게 기록했다. “...그리고 만약 붙박이별들이 각각 태양처럼 계(系)의 중심이라면 이들은 모두 비슷한 형태로 구성되어 있을 것이며 ‘절대자’의 다스림 아래 있을 것이다.”

### 철회된 발견 주장
외계 행성을 발견했다는 주장은 19세기부터 있었다. 대표적으로 쌍성 뱀주인자리 70에 행성이 있다는 주장을 꼽을 수 있다. 1855년에 영국 동인도 회사의 마드라스 천문대에 근무하던 제이콥은 쌍성 궤도의 불규칙함이 행성 존재로부터 나오는 결과라고 주장했다. 현재 천문학자들은 초기 외계 행성을 발견했다는 주장 모두를 관측자들의 착오로 간주하고 있다.

### 검증된 발견 사실
1988년에 캐나다의 천문학자인 브루스 캠벨과 G. A. H. 워커, 스티븐슨 양은 항성 세페우스자리 감마 주위를 도는 행성이 있다고 주장했다. 이들의 발견은 추가 검증을 통해 그 존재가 논문으로 출판된 최초 사례였다.

2012년 2월에 실시된 NASA의 케플러 계획(현재 작동 중지)에서는 우주선에 부착된 망원경으로부터 발사 후 16주간 우주를 관측하여 2,321개의 외계행성 후보를 발견했다(이들은 아직 검증되지 않았다). 이들은 1,790개 항성계의 구성원이다.

2012년 10월 17일에 지구에서 가장 가까운 항성계인 센타우루스자리 알파를 도는 센타우루스자리 알파 Bb의 발견이 공표되었다. 이 행성의 질량은 지구와 비슷하나 생물권 내에 있지 않아 액체 물이 표면에 존재할 수 없다.

## 발견 방법
어머니 항성에 비하면 행성들은 너무 어둡다. 가시광선 파장에서 이들이 내는 빛은 항성의 백만 분의 일 이하이다. 이렇게 흐릿한 빛을 잡아내는 것은 어려운 일이며 어머니 별에서 나오는 빛이 이를 가려버린다. 따라서 어머니 별의 강한 빛을 가리지만 행성에서 나오는 빛은 남겨놓아야 하는데, 이는 현재 기술적으로 큰 도전거리이다.

앞에서 설명한 이유 때문에, 현재 기술 수준에서 망원경을 이용하여 외계 행성의 상을 찍는 것은 예외적인 경우가 아니면 불가능하다. 상을 찍을 수 있는 경우라도, 행성의 질량이 크고(목성보다 훨씬 더 커야 함), 어머니 항성에서 제법 떨어져 있으며, 적외선 영역에서 많은 빛을 낼 정도로 내부열을 갖고 있어야 한다.

지금까지 발견된 외계 행성들 중 대부분은 간접적인 방법을 통해 발견했다.

몇몇을 빼고 거의 대부분의 외계 행성은 지상에서 관측하여 찾아낸 것이다. 그러나 지구 대기의 떨림에 영향받지 않는 관측 기구를 우주로 쏘아 보내는 계획들이 진행되고 있다. COROT은 2006년 12월 발사되었으며 현재 우주 공간에서 외계 행성 탐사 임무를 맡고 있는 유일한 우주 탐사 계획이다. 허블 우주 망원경도 여러 개의 행성을 찾아냈다. 앞으로 실행 예정에 있는 외계 행성 탐사 계획으로 케플러 계획, 뉴 월드 계획, 다윈, 우주 간섭계 계획, PEGASE 등이 있다.

## 일반적 특성

### 항성의 특징
알려진 대부분의 외계 행성들은 우리 태양과 비슷한 별을 돌고 있다. 이처럼 태양과 비슷한 별들 주위에서 행성들이 많이 발견된 이유는, 행성 탐사 계획들이 이런 별들을 집중적으로 관측하도록 설계되었기 때문이다. 그러나 이런 점을 고려하더라도, 통계적 분석에 따르면 질량이 작은 별들(적색 왜성이 대표적이다)은 행성을 가질 확률이 작거나, 거느리고 있더라도 질량이 작기 때문에 발견하기 힘든 것으로 밝혀졌다. 최근 스피처 우주 망원경의 관측 결과에 따르면 태양보다 훨씬 더 뜨거운 분광형 O 항성은 광증발효과를 발생시켜 행성이 생겨나는 것을 막는다고 한다.

항성들은 대부분 수소나 헬륨 같은 가벼운 원소들로 이루어져 있으나, 적은 양이기는 하나 철과 같이 무거운 원소도 가지고 있다. 이처럼 무거운 원소이 얼만큼 있느냐를 중원소 함량으로 표시한다. 중원소 함량이 큰 별들은 행성을 거느릴 확률이 높으며, 이들은 중원소 함량이 작은 별들보다 행성들의 질량이 보다 커지는 경향을 보인다.

### 관측된 특성
발견된 외계 행성 후보 대부분은 간접적 방법을 이용하여 발견되었기 때문에 특정한 물리적 수치 및 궤도요소만을 알 수 있다. 발견 방법 중 가장 많이 쓰인 것은 도플러 분광법인데, 이 방법을 쓸 경우 공전 주기, 궤도 평균 거리, 궤도 이심률, 각거리, 근일점, 반진폭 등을 알 수 있다. 다만 궤도경사각이 어느 정도인지는 알 수 없기 때문에 해당 천체의 최소 질량만을 알 수 있다. 따라서 경사각이 실제 어느 정도이냐에 따라 행성으로 알고 있었던 천체가 실제는 갈색 왜성이나 적색 왜성 등 훨씬 더 무거운 천체로 밝혀진 경우도 있다. 다만 흔치 않게 행성의 궤도경사각이 밤하늘에 대해 거의 수직(90도에 가까움)일 경우 행성은 별 앞을 지나가며 이 경우 행성의 실제 질량과 반지름을 알 수 있다. 여기에, 행성 여러 개가 있는 계(系)의 경우 위치천문학적 관측과 동역학적 연구를 통해 한 행성의 질량 오차값을 줄여나갈 수 있다.

항성 앞을 행성이 지나갈 때 분광기를 이용하여 관측, 행성 대기의 조성물을 분석할 수 있다. 2차 통과(행성이 항성 뒤로 돌아갈 때 일어남)를 통해 행성에서 방출되는 적외선 복사를 감지할 수 있다. 적외선 관측으로 항성에 매우 가깝게 붙어 있는 행성의 표면 온도가 어떻게 형성되어 있는지를 연구할 수 있다.

### 선택적 효과
지금까지 발견된 외계 행성 대부분은 목성 또는 그 이상으로 매우 무거운 질량을 지녔다. 2008년 8월 기준으로 지구 질량 10배 미만 행성의 숫자는 12개에 불과하다. 적지 않은 행성들은 목성보다도 훨씬 무겁다. 그러나 이는 편향적인 결과에 불과하다. 지금까지 개발된 발견 방법으로는 작고 가벼운 행성보다는 무겁고 덩치 큰 행성들을 발견하기가 훨씬 쉽다. 이처럼 쏠린 결과는 통계적 분석을 어렵게 만드나 실제 지구처럼 가벼운 행성들은 무거운 가스 행성들보다 흔하게 존재하는 것으로 추측된다. 또한 관측 기술이 아직 정교하지 못함에도 불구하고 지구질량 수 배 수준 행성들이 여럿 발견되었음을 고려하면, 작은 행성들은 매우 흔하게 우주에 존재하는 것으로 생각된다. 칠레 소재 라 실라 천문대 HARPS 스펙트럼 사진기 2008년 자료에 따르면 항성 14개 중 하나 꼴로 가스 행성이 있으며, 다시 가스 행성이 있는 별 셋 중 하나 꼴로 지구질량 30배 이하의 암석 행성을 거느리고 있을 가능성이 높은 것으로 밝혀졌다.

많은 외계 행성들은 어머니 항성을 우리 태양계 수성보다 훨씬 더 가까운 곳에서 돌고 있다. 이 사실은 관측적인 선택편향으로 해석 가능하다. 시선속도법은 작은 궤도를 도는 행성들을 보다 잘 찾아낸다. 천문학자들은 처음에는 이런 “뜨거운 목성”의 존재에 충격을 받았으나 현 시점에서 대부분의 외계 행성들은(혹은 적어도 대부분의 무거운 외계 가스 행성들은) 항성에서 보다 멀리 떨어져 있음이 확실하다. 그 중 일부는 물이 액체 상태로 존재 가능한 생물권 내를 도는 경우도 있다. 대부분의 외계 행성계에는 목성이나 토성과 비슷한 덩치의 가스 행성이 적어도 한 개 또는 두 개씩은 있을 가능성이 높다.

공전 이심률은 행성이 어머니 항성을 얼마나 찌그러진 궤도를 그리면서 도는지를 보여준다. 발견된 행성들 대부분의 궤도는 크게 찌그러져 있다. 이는 관측적 선택편향이 **아닌**, 외계 행성들이 보여주는 보편적 모습이다. 그 이유로 궤도 이심률은 행성 발견 감지도에 영향을 끼치는 요소가 아니기 때문이다. 타원 궤도가 흔하다는 사실은 과학자들에게 있어 중대한 수수께끼인데, 현재 행성 탄생 이론에 따르면 행성의 궤도는 원에 가깝게 형성되어야 하기 때문이다. 이러한 의문을 설명할 수 있는 이론 중 하나로 T 왜성(메탄이 포함된 갈색 왜성)과 같은 작은 동반 천체가 행성계에 숨겨져 있어 행성의 궤도를 뒤틀리게 만든다는 주장이 있다. 이는 우리 태양계가 흔치 않은 사례일 것임을 암시해 주는데, 그 이유는 수성을 뺀 모든 행성들이 원에 가까운 궤도를 돌고 있기 때문이다.

### 외계 행성들은 흔하다
2015년까지 1800개가 넘는 외계 행성들이 발견되었으며 꾸준히 계속 발견되고 있다. 카네기 과학 재단의 앨런 보스 박사는 우리 은하 안에만 수천억 개의 암석 행성이 있을 것으로 추측했다. 그는 이들 중 많은 곳에 간단한 형태의 생명체가 존재하며 수천 개의 문명이 존재할 수 있다고 주장했다. 그는 태양과 비슷한 항성 주위에는 평균 지구와 비슷한 행성이 하나씩은 있다고 추측했다.

최근 에든버러 대학교 천문학 연구팀은 외계 지적문명의 수가 최소 361개, 최대 37,964개에 이른다는 연구 발표를 내놓았다.

### 수치 측정 축소 가능성
외계 행성이 한 개만 있는 행성계의 시선 속도 곡선은 대부분 궤도이심률이 0.1 이상임을 보여준다. 그러나 모의 실험 결과 행성이 2개 있을 경우 궤도가 원형이 되는 경우가 많았다. 항성 주위 1개만 있다고 보고된, 이심률이 비교적 작은 행성들 중 약 15퍼센트가 숨겨진 형제 행성이 있을 가능성이 있다.

### 밝혀지지 않은 의문점
외계 행성의 여러 속성에 대해 밝혀지지 않은 의문점들 - 구체적인 행성 조성물이나 위성이 있는지의 여부 등 - 이 남아 있다. 최근 여러 외계 행성 대기를 조사한 결과 물이 없었다는 점은 우리가 외계 행성들의 속성에 대해 아직 모르는 것이 많음을 시사해 주었다. 또다른 의문점으로 외계 행성에 생명체가 존재할 수 있는가의 여부가 있다. 여러 개의 행성들은 어머니 항성의 생물권 내를 공전하고 있다. 이들 대부분은 지구보다는 목성과 비슷한 가스 덩어리이다. 만약 이들 주위에 거대한 위성들이 있다면 이 위성 표면은 생명체가 살기에 적당한 환경일 것이다. 그러나 별과 별 사이 거리를 뛰어넘어 외계 행성에서 생명체의 존재(혹은 문명의 존재)를 감지하는 것은, 비록 외계 생명이 흔한 사실이라고 하더라도, 기술적으로 매우 힘든 도전 과제가 될 것이다.

## 정의
국제천문연맹(IAU)이 제정한 행성의 정의에 따르면, 행성은 일단 항성 주위를 돌아야 한다. '실효성 있는' 외계 행성에 대한 정의는 2001년 제정되었고 2003년 마지막으로 개정되었다. 자세한 내용은 아래와 같다.

자유롭게 떠돌아다니는 행성급 천체들의 존재가 보고되어 있다. 이런 천체들은 외계 행성의 범주에 해당되지 않기 때문에 본 문서에서 다루지 않을 것이다. 이들 중 일부는 항성 주위에서 태어났을 것으로 추측되나(즉 '외계 행성'으로 부를 수 있었으나), 이후 어떤 이유 때문에 항성의 중력으로부터 벗어나게 되었을 것이다.

## 명명법
외계 행성의 명명법은 쌍성계의 항성 구성원들 이름을 붙이는 것과 다르지 않다. 다만 차이점이라면 항성의 경우 대문자를 붙이지만 행성은 소문자를 붙인다는 점이 다를 뿐이다. 보통 처음으로 행성이 발견될 경우 그 행성의 어머니 항성 이름 바로 뒤에 소문자 'b'를 붙인다(예: 페가수스자리 51 b). 어머니 항성이 A이기 때문에 'a'는 쓰지 않는다. 같은 행성계 내에서 첫 번째 행성이 발견된 뒤 추가로 형제 행성들이 발견될 경우, b 다음의 c, d, e... 순서대로 이름을 얻는다. 동시에 두 개의 행성이 함께 발견될 때도 있는데, 이 경우 항성에 가까운 쪽이 빠른 기호를 받는다. 행성들은 반드시 항성으로부터 가까운 순서대로 발견되는 것은 아니기 때문에 항성으로부터의 순서대로 늘어놓을 경우 뒤죽박죽처럼 보이는 경우도 있다. 예를 들어 글리제 876 행성계의 경우 글리제 876 d는 이전에 발견되었던 글리제 876 b, c보다 항성에 가깝기 때문에 거리 순서로 정렬하면 d, c, b가 된다. 2009년 6월 기준으로 가장 뒤쪽 기호를 받은 행성은 게자리 55 f로, 게자리 55의 다섯 번째 행성이다.

때로는 쌍성계 구성원들 중 어디에 속해 있는지를 명확히 하기 위해 어머니 항성 기호와 함께 표기하는 경우도 있다. 예를 들어 백조자리 16은 A와 B 두 개의 별로 이루어져 있는데, 이 중 B 주위에서 첫 번째 행성이 발견되었고, 이 행성은 A가 아닌 B 옆에 있기 때문에 '백조자리 Bb'라는 이름을 받았다. 마찬가지로 센타우루스자리 알파 Bb도 같은 방식으로 이름을 받은 것이다.

다만 위 법칙을 따르지 않는 경우도 있다. 1995년 페가수스자리 51 b가 발견되기 전 펄사 타이밍법을 이용 펄사 주위를 도는 행성 두 개가 발견되어 있었다. 당시 외계 행성 이름을 붙이는 방법이 정립되어 있지 않았기 때문에 두 행성은 "B" 와 "C"로 불렸다(이는 현재 외계 행성들이 알파벳 순서대로 이름을 받는 것과 같다). 그러나 소문자 대신 당시에는 대문자를 사용했는데 이는 항성급 천체들을 부르는 방법이었다. 이후 발견된 세 번째 행성은 PSR B1257+12 A라는 이름을 얻었고, 이는 단순히 셋째 행성이 나머지 둘보다 항성에 가까웠기 때문이었다. 과학 소설 등 일부 명명법은 항성으로부터 떨어져 있는 순서에 따라 로마 숫자를 사용하여 표기하기도 한다. 이는 태양계 외행성의 위성들을 표기하는 옛날 방법(예를 들면 칼리스토를 '목성 IV'로 쓰는 것)에 따른 것인데, 보편적으로 쓰이는 방법은 아니다. 이를 우리 태양계의 경우에 대입하면, 외계 문명이 우리 태양 주위 행성을 찾으려 할 경우 목성과 토성을 가장 먼저 발견할 것이고 그 이름은 각각 '태양 I'과 '태양 II'가 될 것이다. 이후 관측 기술이 더욱 발달하여 태양에 가까운 작은 행성 네 개를 다 발견하면 목성과 토성의 이름은 최종적으로 '태양 V'와 '태양 VI'가 될 것이다. 그러나 현재 외계 행성 명명법에 따르면 목성과 토성은 처음 발견되었을 때 '태양 b'와 '태양 c'라는 이름을 받을 것이며, 이후 나머지 행성들이 발견된다고 하더라도 이름이 고쳐질 일은 없다.

만약 어떤 행성이 쌍성계 내에 있더라도 어머니 항성 둘이 붙어 있지 않고 멀리 떨어져 있는 경우라면, 어머니 항성 대문자 기호가 행성 소문자 앞에 붙는다. 그 행성이 주성(主星)을 돌고 있으며 짝별은 주성으로부터 멀리 떨어져 있거나 혹은 행성이 발견된 뒤 짝별의 존재가 확인될 경우, 어머니 항성의 대문자 기호는 생략된다. 예를 들어 목동자리 타우 b는 목동자리 타우 항성계의 주성 A 주위를 돌고 있으며 따라서 정확한 이름은 목동자리 타우 Ab가 되어야 하나, 목동자리 타우의 짝별은 행성 존재가 확인된 뒤 발견되었으며 주성으로부터도 멀리 떨어져 있기 때문에 대문자를 생략하여 간단히 표기하는 것이다. 다만 백조자리 16 Bb나 사자자리 83 Bb처럼 행성이 주성이 아닌 짝별 주위를 돌 경우 항상 짝별 대문자를 앞에 붙여줘야 한다. 몇몇 행성들은 태양계 행성들처럼 별도의 애칭을 얻은 경우도 있다. 대표적인 경우가 '오시리스'로 불리는 HD 209458 b, '벨레로폰'으로 불리는 페가수스자리 51 b, '므두셀라'로 불리는 PSR B1620-26 b이다. 국제천문연맹은 현재 외계 행성 이름을 붙이는 공식적 지침을 마련하지 않은 상태이다.

## 주요 외계 행성

### 의미있는 발견 사례
외계 행성 발견사에 있어 첫 번째 중대한 사건은 1992년에 있었다. 볼시찬과 프레일은 네이처에 기고한 저널에서, PSR B1257+12 주위를 행성이 공전하고 있다고 밝혔다. 이들 행성은 존재가 최초로 확인된 외계 행성들이었으며, 펄사 주위를 돌고 있다는 점에서 아직까지도 매우 특이한 사례로 꼽히고 있다.

그러나 평범한 항성 주위를 도는 사례 중 최초는 페가수스자리 51 b였다. 이 행성은 메이어와 퀠로즈가 1995년 10월 6일자 네이처 지에 발견 사실을 기고했다. 천문학자들은 당시 이 행성이 '뜨거운 목성'이라는 사실에 당혹해 했지만, 이후 비슷한 사례가 추가로 계속 발견되면서, 어머니 항성 바로 옆을 붙어 도는 사례는 흔한 것임을 알게 되었다.

## 외계 생명체의 발견 가능성
외계 행성에 대한 연구가 심화될수록, 어떤 조건의 행성에서 외계 생명체들이 존재할지에 대한 의문도 커져 왔다. 관측 기술이 정교해지면서 가스행성 뿐 아니라 보다 작은 질량의 행성들을 탐지할 수 있게 되었다. 현재 보통의 별 주위를 도는 행성들 중 지구의 수 배 질량 정도의 행성까지 찾아내는 수준에 이르렀다. 이는 지구와 같이 생명체가 존재하는 행성이 있을 것이라는 논리를 가능하게 해 준다.

2007년 발견된 글리제 581 d의 경우 항성과의 거리가 너무 멀어 바다가 존재할 수 없을것으로 생각했으나, 2009년 프랑스 그르노블 천문대의 과학자들에 의해 생물권 범위 내에서 공전하고 있는 것으로 새롭게 밝혀졌다.