미니해왕성

미니해왕성(mini-Neptune)은 질량이 지구의 10배 이상, 지구질량 14.5(천왕성 질량) ~ 17배(해왕성) 이하인 얼음 가스행성이다. 학자에 따라서 이 천체를 난쟁이 가스행성 또는 과도기적 행성으로 부르기도 한다. 미니해왕성은 두꺼운 수소-헬륨 대기가 있고 아마 그 밑에는 얼음, 암석 또는 액체 바다(물, 암모니아 혹은 둘의 혼합물. 이들보다 무거운 휘발성 물질일 수도 있음)가 있을 것이다.^[1]

이 개념은 천왕성과 해왕성으로부터 알게 된 지식으로부터 유추해 낸 것이다. 이 행성에서 두꺼운 대기를 제거할 경우 바다 행성과 성질이 비슷하게 된다.^[2] 암석 행성과 가스 행성을 부피로 나누는 어림 경계선은 지구반지름의 2배 전후이다.^[3][4] 실제로 직접 관측한 결과 지구반지름의 1.6배 이상 외계행성들(대충 지구질량의 6배 이상)은 휘발성 물질 또는 수소-헬륨 기체를 다량 붙잡고 있다. 이런 행성들의 물리적 수치는 지구와 같은 암석행성으로부터 나온 질량-반지름 공식으로는 잘 맞아떨어지지 않기 때문에 그 조성물이 복잡할 것이라고 추측할 수 있다.^[5][6] 다른 연구를 통해서도 비슷한 결과가 나와 이 이론을 더욱 공고히 해 주었다.^[7][8][9] 질량 면에 있어 미니 해왕성의 하한선은 행성 조성물에 따라 큰 편차를 보이는데 작게는 지구질량 정도부터 크게는 지구질량의 20배까지 폭넓다.

질량과 밀도로부터 발견된 외계 행성 여럿이 미니 해왕성이리라 추측하고 있다. 예를 들어 케플러-11f^[1]의 질량은 지구의 2.3배이나 밀도는 토성과 비슷한데 이로부터 f는 중심부에 작은 암석 핵이 있고 그 위에 액체 상태 바다가, 다시 그 위로 두꺼운 수소-헬륨 대기층이 있는 것으로 보인다. 케플러-11f보다도 더 작은 케플러-138d의 경우 질량은 지구와 거의 비슷한데 반지름은 상대적으로 커서(20500 킬로미터) 밀도가 작다.^[10] 이런 행성들은 항성에서 적당히 떨어져 있는데 너무 가까이 붙을 경우 대기가 항성풍과 열기에 벗겨져 나가 우주로 탈출하여 없어질 것이다. 케플러-11 계에서 별에 가까운 행성은 바깥쪽보다 밀도가 높은데 이로부터 휘발성 물질이 없어지고 암석 부분만 남았다고 추정할 수 있다.