위키독:태양계의 외계 생명체 가능성 총정리

태양계의 외계 생명체 가능성

E.T. in Solar System

개괄

현대의 과학자들은 태양계 내의 행성이나 위성에 생명체가 있을 가능성에 대해 조심스레 주장하고 있다. 거두절미하고 말하자면 꽤 오래전부터 언급되었던 화성이 있고, 목성의 위성인 유로파, 그리고 토성의 위성인 엔셀라두스와 타이탄이 그 후보로 점쳐지고 있다. 타이탄을 제외한 세 천체의 공통점은 물을 가지고 있다는 것이다. 화성의 경우에는 수많은 증거와 함께 2008년 미항공우주국, 즉 NASA의 공식발표로 물이 있는 것이 확실시 되었고, 유로파나 엔셀라두스의 경우에는 얼음표면을 밑에 지구의 바다와 같은 대양이 펼쳐져 있을 것이라고 예측하고 있다. 실제로, 유로파와 엔셀라두스에서 화산의 분출과 같이 물이 뿜어져 나오는 것이 잘 관측되었다.

타이탄의 경우에는 조금 독특한데 태양계의 전 위성을 통틀어 대기를 가지고 있는데다가 액체메탄으로 된 호수까지 있다는 점이 과학자들의 관심을 가지는 원인이다. 만약 훗날에 이곳에서 생명체가 발견된다면 굳이 물이 없어도 생명은 존재할 수 있다는 강력한 증거가 될 것이며 당연하게도 태양계 밖의 우주에 생명이 존재할 가능성이 그야말로 100%에 육박하게 된다.

생명의 조건

생명의 조건은 다음 세 가지이다. 이것들은 물론 현재 지구에서 연구된 생명체들을 토대로 한 것이며 만약 이 조건을 충족하지 않는데도 생명이 발견된다면 당연히 이 조건들은 수정이 불가피하다.

물

현재까지 지구상의 모든 생명체는 물을 필요로 한다. 생명이 없을 것이라고 예측한 곳(심해의 열수공 같은)에서도 물만 있으면 어김없이 생명이 발견되었다. 생명과 물은 필수불가결의 관계라고 하면 대부분 과학자들의 상상력 부족을 탓하는 경우도 있는데, 그럴 수 밖에 없는 이유가 있다.

물은 대부분의 화학물질을 용해시킬 수 있다. 그래서 생명을 이루는 각종 다양한 물질들을 손쉽게 녹여서 사용할 수 있게 도와준다. 또 상대적으로 좁은 범위내에서 (0~100℃) 고체, 액체, 기체의 형태로 존재할 수 있는 몇 안되는 물질 중 하나이다. 물론 물 없이 사는 생명을 상상해 볼 순 있으나 서식지가 매우 한정되어 있을 것이다.

그리고 생명체의 정의 중에 '신진대사'라는 것이 있다. 생명체에는 외부와 내부를 구별하는 막이 있어(이를테면 우리의 피부) 밖의 환경과 안의 유기체가 서로 구분된다. 외부의 에너지를 끌고 와서 내부의 에너지로 만드는 과정을 신진대사라고 하는데 이때 물이 아주 중요한 역할을 한다. 물이 지구의 온도 범위내에서 액체로 존재하기 때문에 '흐르는 것'이 가능하게 되는데, 선술했다시피 물에 안 녹는 것이 거의 없으므로 우리 몸에 필요한 것들을 모조리 물에 녹여내 사용할 수 있다.

물이 이러한 특성을 가진데에는 물의 화학적 구성이 한 몫한다.

H₂O. 수소 2개와 산소 1개가 결합해 물을 만든다. 여러 물질을 쉽게 녹이는데는 물이 극성을 가지기 때문이다. 즉, 수소쪽은 +전하를 띠고 산소쪽은 -전하를 띤다. 이러한 특성덕에 물은 인산염이나 칼슘 이온과 같은 여러 물질을 세포 안팎으로 전달하기 위한 완벽한 매개체로써 역할을 하게 된다.

재미있게도 물을 구성하는 원소 중에 산소가 있는데 산소 없이 사는 생물은 있어도 물 없이 사는 생명은 아직 발견되지 않았다는 것이다.

에너지

생명체에 있어 에너지란 물론 필수적이다. 호흡, 움직임, 성장 등 모든 것에서 이것이 필요하게 된다. 물 없이 살아가는 생명체는 많이 봐줘서 어찌어찌 있다고 쳐도 에너지 없는 생명체라는 말은 아예 성립되지 않는다. 에너지를 사용하지 않는 생명은 그 시점부터 생명이라고 할 수가 없다. 흔히 에너지라고 하면

와 같이 하얀 빛이 나고 아름다운 무언가(?)를 생각하기 쉬우나 이곳에서 말하는 에너지는 말그대로 물리학적인 '에너지'로 일을 하기 위해 필요한 개념으로 생명체의 조건 중 하나인 '신진대사'와 관련이 있다. 외부와 내부를 구분하는 막을 통해 외부의 에너지를 내부의 에너지로 바꾸는 작업을 하는 것이 생명체의 정의 중 하나이기 때문으로, 이 조건이 성립하지 않는다면 아예 생명체라고 부를 수가 없게 된다.

탄소

자연적으로 발생한 92개의 원소 중 유독 탄소만이 생명의 근원을 이루고 있다. DNA를 이루는 4가지 염기인 시토신, 티민, 구아닌, 아데닌과 RNA에 있는 우라실은 모두 탄소 기반이다.

물론 간간히 수소와 질소, 산소 등도 보이지만 그래도 이것들을 언급할때 탄소기반이라고 한다. 탄소가 생명의 근원이 되는데는 탄소의 생김새가 아주 적절하거니와 최외각전자가 4개라는 장점도 있기 때문이다. 최외각전자란 가장 바깥쪽 궤도의 전자의 수를 나타내는 것으로 다른 원소가 붙을 수 있는 팔이 4개가 있다는 뜻이다. 그 결과 타 원자와 결합이 용이하게 된다.

탄소는 4개의 팔을 가지고 있어 무궁무진한 결합을 이루어 타 원자에 비해 수많은 조합이 가능하다. 팔의 개수가 4개 이하로 떨어지면 복잡한 물질을 만들지 못하고 4개 이상이 되면 너무 견고해져버려 변화가 필수인 생물을 만들기엔 적합하지 않다.

'탄소만으로' 만들 수 있는 극히 일부의 예들이다.

a = 다이아몬드

b = 흑연

c = 론스달라이트(육각형 다이아몬드)

d~f = 퓰러렌(C₆₀, C₅₄₀, C₇₀)

g = 비정질 탄소

h = 탄소 나노튜브

거기에 탄소의 크기는 0.077nm로 아주 작아 다른 원자와 결합이 용이한 또다른 이유가 있다. 또 상온에서 탄소-산소 화합물은 기체로 존재한다. 이 탄소-산소 화합물이 바로 이산화탄소이며 식물의 에너지원으로 활용된다.

이런저런 이유로 생명체같은 복잡한 물질을 만드는데 탄소만한 것이 없다는 것이다. 그런데 SF작가들은 이에 한술 더 떠 규소(실리콘)기반 생명체를 생각해내기도 했다. 나름의 과학적(?) 사고를 통해서 상상해낸 것인데 그 아이디어는 다음과 같다.

여기서 *란타넘족과 **악티늄족을 제외하고 보면 세로줄에 속해 있는 원소들은 모두 최외각전자의 수가 같다. 그래서 비슷한 성질을 나타내게 되는데, 결합할 수 있는 팔의 개수가 같기 때문이다.

6번 탄소의 경우 4개의 최외각전자를 가지고 있고 그 밑의 14번 규소(Si) 또한 4개의 최외각전자를 가져 그 성질이 비슷하다. 이런 이유로 상상력 풍부한 SF작가들이 '혹시 규소를 기반으로 하는 생명체가 있을 수 있지 않을까?' 하는 상상에서 나온 것이다. 물론 그 밑의 게르마늄(Ge)과 주석(Sn), 납(Pb) 등이 있지만 알다시피 이들은 모두 금속이라 생명체를 이루는 물질로 적합하지 않다. 그리고 그 밑으로 더 가면 방사능물질이 되어 생명하고는 아주 거리가 멀어진다!

하지만 아직까지 지구상에서 규소기반 생명체가 발견된 일은 없다. 일단 규소-산소 화합물이 지구의 온도에서는 고체로 존재하기때문이기도 하고 다른 여러가지 이유때문에 지구에서는 규소 기반 생명체가 존재할 수가 없다. 만약 있다면 지구가 아닌 다른 곳일 것이다.

※상상 속의 규소 기반 생명체. 규소기반이다보니 대부분 바위틱한 모습을 하고 있다. 사실 말파이트도 규소기반일지도 모른다.

저 옷을 보고 어떤 작품인지 알아본다면 당신은 트레키1이다.

태양계내의 유력한 후보들

선술했다시피 태양계에서 유력한(?) 후보로 화성, 유로파, 엔셀라두스, 타이탄을 꼽는다. 이 중 화성에 대한 탐사가 가장 많이 이루어졌으며 나머지 위성은 수박 겉핥기 식으로 잠깐 스쳐 지나갔을 뿐이다. 하지만 비교적 가까운(??) 유로파의 경우, 유럽우주국에서 Jupiter Icy Moon Explorer; 일명 쥬스(JUICE)진짜 쥬스다. 끼워 맞추느라 고생한 흔적이 보인다.로 알려진 계획에서 가니메데와 유로파를 탐사할 예정이며, 미국 NASA의 유로파 클리퍼로 명명된 탐사계획이 2020년 중반에 잡혀 있다.

화성

시도때도 없이 스크린으로 불려오는 붉은 행성.

태양계 내의 여러 천체중 가장 많이 접할 수 있는 행성으로 이곳을 배경으로 한 작품이 많은 이유는 그나마 지구와 가장 비슷한 환경을 가지고 있기 때문이다. 더군다나 2008년 8월 1일, NASA에서 화성에 물이 있다고 공식적으로 확인해주기도 했다. 하지만 화성에 이렇게 심한 관심이 쏠리게 된 것은 단순 번역 오류 때문이었다. 망원경으로 화성을 발견한 초기에 화성표면에 존재하는 줄무늬를 물이 흐른 듯한 흔적으로 보고 이탈리아의 천문학자, 조반니 스키아파렐리가 이를 가리켜 '자연적인 수로'라는 뜻의 Canali를 사용했는데 이를 프랑스 천문학자가 운하(Canal)이라고 잘 못 번역한 것이다. 이것을 또 미국의 천문학자 퍼시벌 로웰이 이것을 보고 '1895년 화성'이라는 책을 발표하면서 '인공적인 운하'라는 표현을 사용하며 화성인의 존재를 주장하게 된 것이다. 이때부터 화성인이라는 말이 유행하기 시작했고 이 작은 해프닝은 문화컨텐츠계에 엄청난 영향을 미쳐 화성을 배경으로 한 작품들이 우후죽순으로 쏟아져 나오게 되었다. 덕분에 팀 버튼의 『화성침공』같이 대놓고 B급 감성 풍기는 영화부터 하드SF인 리들리 스콧의 『마션』까지 다양한 화성 관련 작품들을 즐길 수 있게 되었다.

그런데 화성에 대해 연구하면 할수록 실제로 생명체가 있을(혹은 있었던) 확률이 높아지게 되었다. 가장 큰 증거는 역시 실제 물의 발견으로 실제로 먼 과거에 화성의 표면에 물이 흘렀던 것으로 밝혀졌던 것이다. 하지만 현재의 화성의 물은 모두 지하나 극지방에 얼음의 형태로 존재하는데 화성의 '표면을 흐르는 물'이 사라진 이유는 아직까지 밝혀지지 않았다. 화성의 온도를 고려해봤을때 아예 얼어붙었다면 표면에 그대로 남아있어야 하나 표면에서 싹 자취를 감춘 것은 여전히 미스테리로 남아있는 것이다.

이 원인을 설명하기 위해 태양풍에 표면의 수분이 아예 쓸려나갔다는 가설이 존재한다. 화성의 크기는 지구의 반 정도이며 중력은 0.6G정도에 자기장은 아주 미약하기 때문에 지구처럼 자신을 보호할 수단이 거의 없다. 또 대기가 옅어, 기압도 낮으므로 화성표면은 0.4도의 차가운 온도에서도 물이 증발해버린다. 이것으로 해결 된 것처럼 보이지만 생각보다 화성의 물은 많이 쓸려나가지 않았고, 지하에 엄청난 양의 물이 얼어 있다는 사실을 설명을 할 수 없다.

요약하면 화성에 생명의 가능성이 있다고 여겨지는 이유는

1. 지구와 '그나마' 환경이 비슷하다.

2. 지하에나마 다량의 물이 존재한다.

3. 과거에 물이 흐른 듯한 흔적이 발견되었다.

4. 다양한 화성 관련 영화로 인해 화성인이 있었으면 좋겠다 하는 열망이 있다.

유로파

유로파는 갈릴레이 4대 위성에 포함된 목성의 위성이다.

크기는 아주 작지만, 지구보다 더 많은 물을 포함하고 있다. 그야말로 물의 세계 것이다. 유로파의 표면은 온통 줄무늬 투성이이다. 목성의 강력한 중력으로 인해 유로파 표면이 뒤흔들릴 때 벌어진 틈으로 물이 올라와 금방 얼게 된다. 이것이 계속해서 반복되다보니 저러한 줄무늬가 생겼다는 설이 정설처럼 받아들여지고 있다.

지구의 모든 물과 유로파의 물을 비교한 사진.

유로파의 표면 온도는 최소 50K(-223.15℃)에서 최대 125K(-148.15℃)에 육박하며 평균 온도도 102K(-171.15℃)로 그다지 살기 좋은 동네는 아니다. 하지만 이 지옥같은 얼음위성에 생명체의 가능성이 점쳐지는 이유는 유로파의 얼음표면 밑에 바다가 있을 것으로 예측되고 또 그 증거도 관측했기 때문이다.

유로파의 두 모델.

첫번째는 물층이 아예 얼음으로만 되어있어 생명체의 가능성이 거의 없는 모델이고 두번째는 액체 바다 모델이다. 그런데 2013년, 유로파에서도 수증기가 분출되는 장면이 포착되어 액체 바다설이 매우 신빙성이 높아졌다. 유로파의 바다는 깊이가 대략 100km정도에 이를 것으로 생각된다. 지구에서 가장 깊은 곳, 마리아나 해구의 깊이가 대략 11km 정도 되니까 9배 정도 깊은 바다가 있다는 것이다.

표면온도가 최대 -148.15℃에 이르는데도 바다가 존재할 수 있는 이유는 목성의 존재덕분이다.

목성의 엄청난 중력이 유로파를 이리저리 뒤흔들게 되는데 이때 핵과 바위층의 마찰로 인해 엄청난 열이 발생하여 얼음을 녹여 바다가 생겨나게 된 것이다. 뒤이어 나올 엔셀라두스도 같은 원리로 바다가 생겼을 것으로 추측하고 있다.

여기에 지구의 심해분출공의 존재 또한 생명체의 가능성을 높여주고 있다.

예전에 인류는 심해 같은 극한 환경에서는 어떠한 생물도 살 수 없을 것이라고 생각했는데, 심해엔 생물이 보란듯이 잘 살고 있었다. 그리고 300℃에 이르는 심해분출공의 바로 옆에서도 산소를 사용하지 않고 다른 화학물질로 호흡을 하는 혐기성미생물의 발견됨에 따라 점차 생명이 생존할 수 있는 환경에 대한 스펙트럼이 점점 넓어지게 되었고 마침내 외계의 바다에서도 가능할 것이라는 희망을 품게 된 것이다. 실제로 유로파를 탐사하려는 계획에는 이 바다에서 사용할 수 있는 잠수함을 개발하는 것이 포함되어있다.

해서 이러한 상상도가 나오게 되었다. 분명한 것은 2020년대 중반즈음이면 유럽우주국과 NASA의 탐사로 인해 이곳의 비밀이 어느정도는 풀릴 것이라는 것이다.

요약하면

1. 유로파에는 바다가 있다.

2. 목성의 강력한 중력으로 인해 심해 열수공이 있을 것으로 추정된다.

3. 심해 열수공이 있다면 생명체 또한 가능할 것이다.

이 생명체들은 빛이 없는 어두운 곳에서 생활하므로 눈이 아예 없거나, 아니면 스스로 빛을 내며 이에 따라 눈을 가지고 있거나 둘 중 하나로 추정되며 지구보다 중력이 작으므로 크기 또한 수백m짜리 생명체도 가능할 것으로 보고 있다.

화성보다 유로파가 더 주목받는 이유는 여러가지가 있지만 그 중 하나는 태양과 같은 항성이 없어도, 그러니까 빛이 아예 없어도 살아갈 수 있는 생명체가 있다면 생명체가 살아갈 수 있는 환경에 대한 스펙트럼이 더욱 넓어지기 때문이다.

엔셀라두스

토성의 위성.

물론 토성에 붙어 있으므로 유로파보다 더 춥다. 최소 32.9K(=240℃), 최대 145K(-128℃), 평균 75K(198℃) 정도이다.

유로파보다 먼저 수증기가 분출되는 장면이 목격되어 바다가 있는 것이 거의 확실시 되었다.

엔셀라두스의 내부에서는 대략 이런 일이 벌어질 것으로 예측하고 있다.

엔셀라두스 또한 유로파처럼 아주 작은 위성인데 이것은 행성이 아니라 아예 영국과 비교되기도 한다. 그러니까 아예 자전거같은 탈것으로 이 위성을 한 바퀴 돌 수도 있다는 소리.

엔셀라두스의 생명체 조건은 유로파의 그것과 상당히 비슷하다. 다만 엔셀라두스의 바다는 대략 30~40km이며, 남극지방에선 10~20km로 유로파보단 얕은(?) 바다를 가지고 있을것으로 추정된다.

요약하면

1. 유로파와 비슷하지만 좀 더 얕은 바다가 존재할 것으로 추정된다.

2. 역시 토성의 기조력으로 인한 마찰열로 심해 열수공을 추측해 볼 수 있다.

타이탄

마치 행성으로 착각할 만한 비주얼이다. 타이탄이 타 위성과 다른 점은 태양계에서 유일하게 '대기'와 '호수'를 가진 위성이기 때문이다. 물론 온도가 온도(93.7K(−179.5°C))이니만큼 물이 아니라 액체 메탄으로 된 호수이다. 타이탄은 수성보다도 더 커 목성의 가니메데에 이어 태양계에서 두번째로 큰 위성이다. 타이탄의 대기는 지구의 두 배 두께로 있다고 한다.

이것이 타이탄에 있다고 하는 호수이다. 안정적인 대기의 존재로 인해 호수는 계속해서 그 자리에 있을 수 있다. 현재 타이탄에 대한 정보는 모두 카시니-하위헌스호에서 전송된 자료들인데 이 자료중에 타이탄의 표면에서 유기물의 존재의 증거가 있었다. 그리하여 지구의 생명과는 전혀 다른 새로운 형태의 생명이 있을 가능성이 점쳐졌다. 유로파와 엔셀라두스는 최소한 '바다'라는 개념으로 인해 충분히 상상이 가능한 형태의 생명이지만 이곳에 만약 생명체가 존재한다면 그야말로 상상을 초월하는 형태라는 것이다.

메탄도 어쨌든 탄소의 한 형태이긴 하지만 타이탄은 너무 추워서 반응이 쉽지가 않다. 그리고 지표 아래에도 바닷물이 있을 것이라고 추측하고 있어 이곳에서도 바다 생명체가 발견될 가능성이 있긴하지만 아무래도 유로파와 엔셀라두스에 비하면 아무래도 극악한 온도때문에 그 가능성이 적긴하다.

요약하면

1. 태양계위성중 유일하게 대기와 호수가 있다.

2. 탐사선 카시니-하위헌스호가 유기물의 증거를 찾아냈다.

3. 일부 과학자들이 이곳에서의 생명체를 주장하지만 아무래도 타 위성보다 그 가능성이 적어보인다.