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KAIST부설 한국과학영재학교 온라인 과학매거진 코스모스

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지구 밖에 생명체가 존재한다고?

수 많은 사람들이 외계인에 대한 미스터리한 이야기들을 믿거나, 혹은 공상과학이라고 비판한다. 그러나 이들이 말하는 외계인, 혹은 외계 생명체는 보통 영화에 나올만한 인간에게 위협적인 모양새를 가진 경우가 대부분이다.

일반적으로 생각되는 외계인의 모습
생명체가 서식하기 위한 조건

그렇다면 생명체가 서식하기 위해서는 어떤 조건이 필요할까? 전문가들은 크게 3가지 조건이 필요하다고 하는데, 액체 물(liquid water), 화학적 기초 구성 물질(chemical building block), 그리고 에너지 자원(energy source)가 필요하다. 액체 물, H2O는 최소한 지구에서의 생명이 모두 진화한 곳이므로, 다른 행성이나 위성에서도 필수적일 것이라고 생각할 수 있다. Chemical building block 같은 경우 유기 분자들은 기본적인 생명 단위인 세포와 같은 것들을 생성하기 위해 필수적이라고 볼 수 있다. 마지막으로 에너지 자원 없이는 생명체가 꾸준하게 살아갈 수 없으므로 그 에너지가 어떤 형태로 존재하든 간에 지속 가능한 에너지 자원이 있어야 할 것이다.

생명체가 서식하기 위한 조건
생명체 거주 가능 영역(CHZ)

생명체들이 거주 가능한 영역을 CHZ(circumstellar habitable zone)이라고 부른다. 또 다르게는 과학자 골디락스의 이름을 받아서 골디락스 존(Goldilocks zone)이라고 부르기도 한다. 임의의 항성계에서의 항성의 밝기를 안다면 CHZ 평균 거리를 구할 수 있는 방법도 있는데, 다음 식을 사용하면 된다.

d_AU는 AU로 표시한 CHZ의 평균 거리이고, L_star, L_sun은 각각 항성과 태양의 광도다.

따라서 태양 밝기의 두 배인 항성계에서 CHZ는 1.4AU임을 알 수 있고, 유명한 생명체 존재 가능 영역의 별인 글리제 581의 경우 L_star = 0.013 L_sun이므로 CHZ는 약 0.11AU인 것을 알 수 있다. 다음 그림은 지구에서의 CHZ과 글리제 581에서의 CHZ를 비교한 그림이다.

태양계 내의 강력한 후보들

태양계 내에서는 크게 3가지 지역이 강력한 후보인데, 그 중 두 지역은 당연하게도 물을 주 원천으로 하여 생명체를 만들어갈 것으로 예상되는 지역이고, 나머지 하나는 물과는 많이 다른 메테인, 에테인 즉 탄화수소를 기반으로 생명체를 만들어갈 것으로 예상되는 지역이다. 모두 행성이 아니라 위성이라는 것은 공통된다.

물을 기반으로 생명을 만들어갈 위성은 엔셀라두스와 유로파이다. 탄화수소를 기반으로 생명을 만들어갈 위성은 토성의 타이탄이다.

엔셀라두스, 유로파와 타이탄
엔셀라두스와 유로파

엔셀라두스는 토성의 위성으로, 카시니 위성이 탐사한 바 있다. 직경이 500km 정도 밖에 되지 않는 작은 위성이지만, 엔셀라두스는 얼음인 지표면의 아래에는 거대한 층의 바다가 존재한다. 마찬가지로 목성의 위성 유로파도 겉으로는 얼음밖에 표면에 존재하지 않지만 안은 거대한 층의 바다가 존재한다. 이 이유는 바로 조석 가열(tidal heating) 때문이다.

조석 고정(tidal heating)

위성들은 행성의 강력한 중력 때문에 타원형 궤도로 돌고, 또한 위성의 서로 다른 부분들이 서로 다른 크기의 중력에 의해 궤도를 돌면서 상당히 찌그러지게 된다. 그 찌그러짐이 다시 돌아오면서 발생하는 deformational friction energy가 마찰열이고, 이것이 얼음층을 녹여 바다를 형성하게 된 것이다. 이렇게 형성된 바다가 유로파와 엔셀라두스의 바다인 것이다.

따라서 두 위성에서 아직까지 명확한 유기물의 존재는 밝혀내지 못했지만, 액체 물과 지속적으로 공급되는 에너지 자원이 있으므로 유기물의 존재만 밝혀낸다면 생명체의 존재 확률은 월등히 증가할 것이다.


타이탄

타이탄도 카시니의 탐사 임무중 하나였다. 실제로 카시니는 호이겐스 라는 이름을 가진 착륙선을 토성 궤도에 진입하기 전에 타이탄으로 보내 안착시키기도 했다. 다음 영상은 호이겐스가 타이탄에 착륙하는 영상이다. 신비로운 타이탄의 대기와 땅을 볼 수 있으니 꼭 한 번씩 보는 것을 추천한다.


영상에서 보다시피 노란색은 메테인의 색깔일 가능성이 농후하다. 어쩌면 타이탄은 지구와는 완전히 다른 에너지 구조로 생명이 탄생할 수도 있을 것이다. 액체 물이 이때까지 우주에서 유일한 생명체라고 예상되는 우리를 만들어냈지만, 타이탄을 기본으로 하는 생명체가 존재 못할 것은 또 없다. 타이탄으로 NASA가 Dragonfly라는 드론형 탐사선을 계획 중이라고 하니, 이에 대해 더 기대를 해보자.


글을 마치며

종종 우주 탐사가 무모한 일이라고, 우주 탐사에 사용되는 돈을 아프리카의 굶어 죽어가는 사람들에게 지원해야한다고 주장하는 사람들이 있다. 물론 우주 탐사에 사용되는 돈을 굶어 죽어가는 사람들에게 지원하면 그들은 덜 고통받을 것이다. 그러나 그렇다고 해서 우주 탐사에 대한 지원금을 줄여가서는 안된다. 그 사람들을 지원하는 것에 대한 가치와, 지구에 존재할 수도 있는 또다른 생명체에 대한 갈망에 대한 가치는 섣불리 상하를 판단해서는 안되기 때문이다. 모든 입장을 고려한 뒤 현명한 선택을 각국 정부들이 하기를, 또 우주에 인간의 잔재가 조금이라도 더 남기를 바라면서 글을 마친다.

정인환│Chemistry & Biology│지식더하기


참고자료

작성자의 머릿속


첨부 이미지 출처

[1] https://www.artinsight.co.kr/news/view.php?no=35933

[2] https://www.gettyimages.com

[3] www.eso.org, European Southern Observatory

[4] https://en.wikipedia.org

[5] https://inastravita.wordpress.com/2013/08/31/europa/


첨부 동영상 출처

[1] https://www.youtube.com/watch?v=msiLWxDayuA

[2] https://www.youtube.com/watch?v=xn3-0a19sC8


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