기초과학 행성의 수는 왜 행성계마다 다를까— 같은 우주 조건에서도 서로 다른 행성계가 만들어지는 이유

행성의 수는 원시 원반 조건과 중력 상호작용에 따라 달라진다. 초기 물질량과 가스 지속 시간은 행성 후보 수를 제한하고, 이후 중력 안정화 과정에서 일부 행성은 제거된다. 최종 행성 수의 차이는 행성계 진화의 자연스러운 결과다.

1. 행성의 수는 왜 처음부터 같을 수 없는가

행성의 수는 왜 행성계마다 다를까라는 질문은 행성 형성이 단순한 결과물이 아니라, 복잡한 과정의 산물임을 전제로 한다. 행성계는 항성을 중심으로 일정한 규칙에 따라 만들어지는 것처럼 보이지만, 실제로는 초기 조건의 작은 차이가 최종 구조에 큰 영향을 미친다. 동일한 질량의 항성을 중심으로 형성된 행성계라 하더라도, 행성의 수와 배치는 서로 다르게 나타난다.

그 이유는 행성계 형성이 단일 사건이 아니라, 수백만 년에 걸쳐 진행되는 동적 과정이기 때문이다. 원시 행성계 원반의 밀도 분포, 가스의 지속 시간, 미행성체의 초기 개수와 위치는 모두 우연적 요소를 포함한다. 이 작은 차이들이 누적되며, 어떤 행성계는 다수의 행성을 유지하고, 어떤 행성계는 극소수만 남긴다. 따라서 행성의 수는 설계된 값이 아니라, 형성 과정에서 자연스럽게 결정된 결과다.

2. 원반 조건이 행성 수의 상한선을 정한다

행성의 수는 왜 행성계마다 다를까를 이해하기 위해서는 원시 행성계 원반의 역할을 살펴볼 필요가 있다. 행성은 항성 주변의 가스와 먼지로 이루어진 원반에서 태어나며, 이 원반의 질량과 크기는 행성 형성의 기본 재료를 제공한다. 원반이 충분히 크고 물질이 풍부할수록, 더 많은 행성 후보가 동시에 성장할 수 있다.

반대로 원반의 질량이 작거나 가스가 빠르게 사라질 경우, 행성 형성은 제한된다. 이 경우 소수의 천체만이 충분한 질량을 확보하고, 나머지는 성장 단계에서 탈락한다. 특히 가스 행성의 형성 여부는 행성계 전체 구조에 큰 영향을 미친다. 거대 가스 행성이 형성되면 주변 중력 환경이 급격히 변하며, 소형 행성 후보의 생존 가능성은 줄어든다.

즉, 원반 조건은 행성 수의 이론적 상한선을 결정한다. 행성계가 가질 수 있는 최대 행성 수는 초기 원반의 물리적 특성에 의해 이미 제한되며, 이후 과정은 이 한계 안에서 선택이 이루어지는 구조다.

3. 중력 상호작용이 최종 행성 수를 결정한다

행성의 수는 왜 행성계마다 다를까에 대한 핵심 요인은 중력 상호작용이다. 행성 후보들은 성장 과정에서 서로의 중력에 영향을 주며, 이 상호작용은 시간이 지날수록 복잡해진다. 일정 수 이상의 천체가 비슷한 궤도 영역에 존재하면, 시스템은 불안정해진다.

이 불안정성은 충돌, 궤도 이동, 흡수, 또는 행성계 외부로의 방출로 이어진다. 중요한 점은 이러한 과정이 무작위적이지 않다는 것이다. 중력은 시스템 전체의 에너지를 재분배하며, 결과적으로 가장 안정적인 조합만 남도록 조정한다. 이 과정에서 일부 행성은 사라지고, 최종적으로 남은 행성 수가 결정된다.

따라서 관측되는 행성 수는 초기 형성된 행성 후보의 수가 아니라, 장기적으로 안정된 상태에서 살아남은 결과다. 행성계마다 서로 다른 중력 이력을 가지기 때문에, 최종 행성 수 역시 다양하게 나타난다.

4. 행성 수의 다양성은 정상적인 결과다

행성의 수는 왜 행성계마다 다를까라는 질문의 결론은 명확하다. 행성계는 동일한 틀에서 반복 생산되는 구조물이 아니라, 초기 조건과 진화 과정의 차이가 반영된 개별 시스템이다. 원반의 물질량, 가스 유지 시간, 행성 성장 속도, 중력 상호작용의 강도는 모두 서로 다르게 작용한다.

이로 인해 어떤 행성계는 단순한 구조를 가지며, 어떤 행성계는 복잡한 다중 행성 구조를 유지한다. 이는 예외적인 현상이 아니라, 행성계 형성 이론이 예측하는 자연스러운 결과다. 행성 수의 차이는 실패나 결함이 아니라, 우주가 허용하는 다양한 안정 해법 중 하나다. 행성계는 동일할 필요가 없으며, 서로 다르기 때문에 안정적으로 존재할 수 있다.