지구 유사도 지수

지구 유사도 지수(영어: Earth Similarity Index, ESI)는 행성이 지구와 얼마나 닮았는가를 나타내는 수치로, 0부터 1까지로 정의되며 1에 가까울수록 지구와 유사함을 나타낸다. 지구 유사도 지수는 커다란 자료 속에서 행성들을 쉽게 분류하기 위해 고안되었으며, 수치가 높다고 행성 거주가능성이 무조건 높은 것은 아니다. 2011년 처음 제안된 지구 유사도 지수는 브레이-커티스 비유사도를 사용한다. 어떤 성질 x {\displaystyle x} 에 대한 지구 유사도 지수는 다음과 같이 나타낼 수 있다. E S I x = ( 1 − | x − x 0 x + x 0 | ) w {\displaystyle {\mathsf {ESI}}_{x}=\left(1-{\Big \vert }{\frac {x-x_{0}}{x+x_{0}}}{\Big \vert }\right)^{w}} 여기서 x {\displaystyle x} 는 행성의 값, x 0 {\displaystyle x_{0}} 는 지구의 값이며, w {\displaystyle w} 는 무게 지수이다. 행성의 내부 구조 유사도 E S I I {\displaystyle {\mathsf {ESI}}_{I}} 는 반지름( r {\displaystyle r} )과 밀도( ρ {\displaystyle {\rho }} )로, 표면 유사도 E S I S {\displaystyle {\mathsf {ESI}}_{S}} 는 탈출 속도( v 0 {\displaystyle v_{0}} ), 표면 온도( T s {\displaystyle T_{s}} )를 사용하여 구해진다. E S I I = ( E S I r ⋅ E S I ρ ) 1 2 {\displaystyle {\mathsf {ESI}}_{I}=({\mathsf {ESI}}_{r}\cdot {\mathsf {ESI}}_{\rho })^{\frac {1}{2}}} E S I S = ( E S I v 0 ⋅ E S I T s ) 1 2 {\displaystyle {\mathsf {ESI}}_{S}=({\mathsf {ESI}}_{v_{0}}\cdot {\mathsf {ESI}}_{T_{s}})^{\frac {1}{2}}} 최종적으로, 지구 유사도 지수는 다음으로 정의된다. E S I = ( E S I I ⋅ E S I S ) 1 2 {\displaystyle {\mathsf {ESI}}=({\mathsf {ESI}}_{I}\cdot {\mathsf {ESI}}_{S})^{\frac {1}{2}}} 외계 행성의 경우에는 보통 시선속도법이나 통과법으로 발견되는데, 이러한 경우에는 행성의 공전 주기만 직접 알아낼 수 있고, 나머지 물리량은 추정에 불과하다. 예를 들어, 행성의 표면 온도는 조석 가열, 반사율, 온실 효과 등에 의해 변화하지만, 현재 외계 행성에서 이 값을 알아낼 수 없기 때문에, 행성 평형 온도를 대신 사용한다. 푸에르토리코 대학교에서 진행한 연구에서는, 외계 행성의 지구 유사도 지수를 다음 식으로 일반화하여 계산하였다. E S I = ∏ i = 1 n ( 1 − | x i − x i 0 x i + x i 0 | ) w i n {\displaystyle {\mathsf {ESI}}=\prod _{i=1}^{n}\left(1-{\Big \vert }{\frac {x_{i}-x_{i0}}{x_{i}+x_{i0}}}{\Big \vert }\right)^{\frac {w_{i}}{n}}} 여기서 n {\displaystyle n} 은 사용된 성질의 개수이며, w i {\displaystyle w_{i}} 는 이론으로 유도할 수 없고 측정으로만 알아낼 수 있는 자유매개변수이다. 지구 유사도 지수의 개념이 등장한 이후, 태양계 천체와 외계 행성 일부에 대한 지구 유사도 지수가 지속적으로 계산되었고, 현재도 새로운 행성의 등장으로 계속 변화가 이루어지고 있다. 밑 표에서 이름에 *이 붙은 행성은 행성의 존재나 성질이 확실하지 않음을 나타낸다. 지구 유사도 지수는 행성 이외에 위성, 왜행성, 소행성에 대해서도 계산할 수 있다. 보통 밀도와 온도가 낮기 때문에 지구 유사도 지수는 낮게 측정된다. 현재까지 타이탄만이 큰 대기를 가진 위성이고, 이오는 평균 온도는 낮으나 활발한 지질 활동으로 변화 폭이 크다. 지구 유사도 지수와 행성 거주가능성과는 직접적인 관계가 없지만, 일부분에서는 거주가능성과 간접적인 연관이 있기도 하다. 생명체 거주가능 영역의 정의와 연관하여, 지구 유사도 지수에서도 표면 온도가 변수로 사용되기 때문이다. 하지만, 생명체 존재에 필수적이라 여겨지는 모항성의 활동 여부, 조석 고정, 자기장 존재 등을 전혀 고려하지 않았기 때문에, 일반화에는 무리가 있다. 현재까지 지구 유사도 지수에서 지구와 금성의 유사성을 분간하지 못하는 문제와, 수치가 낮음에도 거주가능성이 더 높은 문제도 지속적으로 제기되고 있다. 위성 목록 “HEC: Data of Potential Habitable Worlds”. 2017년 12월 1일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2019년 12월 16일에 확인함.  Schulze-Makuch, D.; Méndez, A.; Fairén, A. G.; von Paris, P.; Turse, C.; Boyer, G.; Davila, A. F.; Resendes de Sousa António, M.; Catling, D. & Irwin, L. N. (2011). “A Two-Tiered Approach to Assess the Habitability of Exoplanets.”. 《Astrobiology》 11 (10): 1041–1052. Bibcode:2011AsBio..11.1041S. doi:10.1089/ast.2010.0592. PMID 22017274.  “Earth Similarity Index (ESI)”. Planetary Habitability Laboratory.  Keszthelyi, L.; 외. (2007). “New estimates for Io eruption temperatures: Implications for the interior”. 《Icarus》 192 (2): 491–502. Bibcode:2007Icar..192..491K. doi:10.1016/j.icarus.2007.07.008. 2019년 12월 16일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2019년 12월 16일에 확인함.  Armstrong, D. J.; Pugh, C. E.; Broomhall, A.-M.; Brown, D. J. A.; Lund, M. N.; Osborn, H. P.; Pollacco, D. L. (2016). “The host stars of Kepler's habitable exoplanets: superflares, rotation and activity”. 《Monthly Notices of the Royal Astronomical Society》 5 (3): 3110–3125. arXiv:1511.05306. Bibcode:2016MNRAS.455.3110A. doi:10.1093/mnras/stv2419.  Elizabeth Tasker (2014년 7월 9일). “No, that new exoplanet is not the best candidate to support life”. The Conversation. 2019년 11월 12일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2018년 11월 5일에 확인함.  HEC: Data of Potential Habitable Exoplanets and Exomoons Archived 2017년 12월 1일 - 웨이백 머신 Earth Similarity Index calculator