01. 외계생명체 미스터리 , 외계생명체 탐색의 코페르니쿠스 전환 — 생명은 우주에 흔한가

01. 외계생명체 미스터리 , 외계생명체 탐색의 코페르니쿠스 전환 — 생명은 우주에 흔한가

우주에 생명이 있는가. 이 질문은 수천 년 동안 철학의 영역이었다. 그러다 지난 30년 사이 상황이 바뀌었다. 외계행성이 수천 개 발견됐고, 태양계 안에서도 생명이 존재할 수 있는 환경이 여러 곳 확인됐으며, 생명의 화학적 재료가 우주 어디서나 발견된다는 사실이 누적됐다. 외계생명체 탐색은 지금 공상과학이 아니라 실제로 진행 중인 과학 프로그램이다.

외계생명체 탐색(astrobiology)이란 우주에서 생명의 존재 가능성을 연구하고, 생명을 탐지할 수 있는 방법을 개발하는 과학 분야를 말한다. 여기서 '생명'은 반드시 지적 문명을 의미하지 않는다. 단세포 미생물조차 발견된다면 그것은 인류 역사에서 가장 중요한 발견이 된다.

 

우주 속 외계행성 분포 — 케플러 우주망원경이 발견한 수천 개의 외계행성 시각화

코페르니쿠스 전환 — 지구는 특별한 행성이 아니다

코페르니쿠스가 지구가 우주의 중심이 아님을 보여준 것처럼, 현대 천문학은 지구형 행성이 우주에서 극히 드문 예외가 아님을 보여주고 있다. 이것이 외계생명체 탐색의 출발점이다.

1995년, 태양과 유사한 별 주위에서 최초의 외계행성이 확인됐다. 페가수스자리 51b(51 Pegasi b)다. 이후 케플러 우주망원경(Kepler Space Telescope)이 2009년부터 2018년까지 운영되면서 2,600개 이상의 외계행성을 확인했다. 현재까지 확인된 외계행성은 5,500개를 넘으며, 이 숫자는 계속 늘고 있다.

이 발견들이 보여주는 것은 행성이 별 주위에서 흔하다는 사실이다. 통계적으로 우리 은하의 별 대부분이 하나 이상의 행성을 가지고 있는 것으로 추정된다. 은하 안에 별이 약 2,000억~4,000억 개 있다면, 행성의 수는 그보다 많을 수 있다.

그 중 생명이 가능한 환경, 즉 액체 물이 존재할 수 있는 온도 범위에 놓인 행성(골디락스 존, habitable zone)의 수도 수십억 개에 달할 것으로 추정된다. 숫자만 놓고 보면 지구가 유일한 생명의 터전이라고 가정하는 것이 오히려 특이한 전제가 된다.

생명의 조건 — 물, 에너지, 탄소

생명이 어디에 있을 수 있는지를 따지려면, 생명이 무엇을 필요로 하는지부터 정의해야 한다. 현재 과학에서 생명의 기본 조건으로 꼽히는 것은 세 가지다.

첫째는 액체 용매다. 지구 생명은 물을 용매로 사용한다. 물은 다양한 화학 반응을 가능하게 하는 탁월한 용매이지만, 꼭 물이어야 하는지에 대해서는 논쟁이 있다. 타이탄(Titan)처럼 액체 메탄이 존재하는 환경에서 다른 방식의 화학이 생명을 지탱할 수 있다는 가설도 있다. 그러나 현재 탐색의 첫 번째 기준은 여전히 액체 물이다.

둘째는 에너지원이다. 지구 생명은 주로 태양빛이나 화학 반응에서 에너지를 얻는다. 빛이 닿지 않는 심해 열수구에서도 화학합성을 통해 생명이 번성한다는 것이 발견됐다. 이것은 별빛이 닿지 않는 환경에서도 생명이 가능하다는 것을 보여준다.

셋째는 탄소 기반의 복잡한 화학이다. 탄소는 다른 원소와 다양한 결합을 만들 수 있어 복잡한 분자를 형성하기에 적합하다. 우주에서 탄소 기반 유기 분자는 매우 흔하다. 운석에서 아미노산이 발견되고, 성간 분자 구름에서도 복잡한 유기 분자들이 검출된다.

 

생명 가능 구역(골디락스 존) — 항성으로부터의 거리에 따른 액체 물 존재 가능 범위

지구 안에서 배운 것 — 극한 생물이 바꾼 가능성

외계생명체 탐색에서 가장 중요한 전환점 중 하나는 지구에서 왔다. 생명이 살 수 있는 환경의 범위가 예상보다 훨씬 넓다는 것이 밝혀진 것이다.

극한 생물(extremophile)이란 극도로 높거나 낮은 온도, 강한 산성 또는 염기성 환경, 방사선, 극도로 건조한 환경 등 지구 기준으로도 극한에 해당하는 조건에서 사는 생물을 말한다. 남극 빙하 아래에서 박테리아가 발견됐고, 섭씨 120도가 넘는 심해 열수구에서도 고세균이 살고 있다. 칠레 아타카마 사막처럼 극도로 건조한 곳에서도 생명이 버텨낸다.

이 발견들은 생명이 '존재 가능한 환경'의 정의를 대폭 확장했다. 유로파(Europa)의 두꺼운 얼음층 아래 바다, 엔셀라두스(Enceladus)의 분출하는 온천수, 화성의 지하층, 타이탄의 메탄 호수 — 이 환경들이 생명 불가능한 곳으로 자동 분류되지 않게 됐다.

왜 지금인가 — 탐색이 가능해진 이유

외계생명체 탐색이 지금 과학적 의제로 올라온 것은 단순한 관심의 문제가 아니라, 기술이 실제 탐지를 가능하게 만들어가고 있기 때문이다.

제임스 웹 우주망원경(JWST)은 외계행성 대기를 분광 분석할 수 있다. 이 망원경이 관측한 빛의 스펙트럼에서 특정 기체 분자의 존재를 확인할 수 있으며, 산소, 메탄, 이산화탄소 등이 특정 비율로 공존한다면 이것은 생물학적 과정이 있다는 신호가 될 수 있다. 이런 신호를 생물지표(biosignature)라 한다.

태양계 탐사도 직접 확인의 영역으로 들어오고 있다. NASA의 유로파 클리퍼(Europa Clipper) 탐사선이 2024년 발사됐고, 엔셀라두스의 간헐천에서 분출되는 물을 분석한 카시니 탐사선의 데이터에는 이미 유기물과 수소가 포함돼 있었다.

이 모든 것이 외계생명체 탐색을 철학적 상상에서 측정 가능한 과학으로 전환시키고 있다.

 

제임스 웹 우주망원경 — 외계행성 대기 분광 분석으로 생물지표를 탐색하는 현재의 도구

마무리

생명이 우주에 흔한지, 아니면 지구가 정말 예외인지는 아직 모른다. 그러나 이 질문에 답을 찾을 수 있는 도구와 탐사 계획이 지금 실제로 존재한다는 것이 이 시대의 상황이다. 이 시리즈는 그 탐색의 각 전선을 하나씩 따라간다.

다음 편에서는 외계행성의 대기를 어떻게 읽는지를 다룬다. 수백 광년 떨어진 행성에서 빛이 어떤 정보를 싣고 오는지, 그 정보에서 생명의 흔적을 어떻게 찾으려 하는지를 살펴본다.

 

▶ 다음 글: 외계행성 대기를 읽는 법 — 트랜짓 분광법과 제임스 웹