2016년 초, 우리 태양계 가장자리에서 얼음으로 이뤄진 차가운 방문객이 지구를 지나쳐 갔습니다. 이 얼음덩어리는 태양계를 벗어나 영원히 사라지기 전에 태양을 스쳐 지나며 카탈리나 혜성(Comet Catalina)으로 잠시 동안 관측됐습니다. 애리조나대학교에서 NASA가 후원하고 있는 카탈리나 스카이 서베이(Catalina Sky Survey)의 이름을 딴 카탈리나 혜성은 2013년 10월 31일 발견됐습니다.
카탈리나 혜성은 2015년 11월 15일 지구로부터 1억 2천 2백만 킬로미터 거리에서 태양과 가장 가까운 지점인 근일점을 스쳐 지나갔습니다. 혜성은 태양을 스쳐 지나갈 때 속도는 시속 166,000km의 였다고 하는데요. 이는 NASA의 뉴호라이즌스호가 명왕성을 스쳐지나갈 때 속도보다 거의 3배나 더 빠른 속도였다고 합니다. 혜성의 빠른 속도 때문에 과학자들은 이 혜성이 태양계로부터 이탈궤적에 놓여있을 것으로 예측했으며 결코 되돌아오지 않을 것이라고 생각했습니다.
북두칠성 부근에 나타난 이 혜성을 포착한 많은 천문대 중에는 NASA의 항공 천문대인 성층권 관측 망원경(Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, SOFIA)도 있었습니다. SOFIA 망원경은 독특한 적외선 기기들 중 하나를 사용해 혜성 꼬리의 먼지투성이인 빛 속에서 우리에게 친숙한 원소 하나를 포착해 냈습니다. 바로 탄소였는데요.
이 발견이 놀라운 이유는 지구 상 생명체의 필수 재료인 ‘탄소’의 기원이 태양계를 방문한 카탈리나 같은 혜성일 수 있다는 가능성이 높아졌기 때문입니다. NASA와 독일 항공우주 센터(German Aerospace Center)의 공동 프로젝트인 SOFIA의 새로운 연구 결과는 ‘Planetary Science Journal’에 게재됐습니다.
혜성 속 탄소, 지구에 생명체 만들었나
이번 연구의 주요저자이자 미네소타 천체 물리학 연구소(Minnesota Institute of Astrophysics)의 천문학자이자 교수인 Charles Chick Woodward는 “탄소는 생명의 기원을 배우는 열쇠이다”라고 말하는데요. “우리는 아직도 지구가 형성되는 동안 지구가 스스로 충분한 탄소를 가둘 수 있었는지 확신하지 못한다”며 “그래서 탄소가 풍부한 혜성은 우리가 알고 있는 생명체로 이어지는 필수 요소를 전달한 중요한 원천일 수 있다”고 설명합니다.
우리 태양계의 가장 먼 곳에 있는 오르트 구름(Oort Cloud)에서 발원한 카탈리나 혜성과 다른 종류의 혜성들은 너무나도 긴 궤도를 가지고 있어서 비교적 변하지 않은 상태로 지구 근처에 도착합니다. 이는 과학자들이 초기 태양계에 대해 연구할 수 있는 흔치 않은 기회를 제공하는데요. SOFIA의 적외선 관측은 먼지와 가스가 혜성에서 증발하면서 꼬리를 형성할 때 탄소 성분을 포착할 수 있었습니다. 관측 결과 탄소가 풍부한 카탈리나 혜성은 원시 태양계의 외부 지역에서 형성됐는데, 이는 생명체의 씨앗을 뿌리는데 중요한 탄소의 저장고를 보유하고 있었던 것으로 나타났습니다.
탄소가 생명체의 핵심적인 요소이기 때문에 지구에 원래부터 풍부했던 원소라고 생각할 수 있겠지만, 초기 지구와 내 태양계의 다른 지구형 생성들은 형성되는 동안 너무 뜨거웠기 때문에 탄소와 같은 원소들은 사라지거나 고갈됐습니다. 반면 목성과 해왕성 같은 더 차가운 거대 가스 행성은 태양계 외부의 탄소를 보유할 수 있었습니다. 혹은 목성의 엄청난 크기는 탄소가 태양계 내부로 다시 섞이는 걸 중력적으로 막았을지도 모릅니다. 그렇다면 내 태양계의 암석형 행성들은 어떻게 오늘날과 같이 탄소가 풍부한 세계로 변했을까요?
연구원들은 목성의 궤도가 약간 변화가 생기면서 혜성이 태양계 외부 지역에서 나온 탄소를 내부 지역으로 섞일 수 있게 됐다고 생각했습니다. 덕분에 지구와 화성 같은 행성에는 탄소가 통합됐을 것이라고 말이죠. 카탈리나 혜성의 탄소가 풍부한 구성은 초기 태양계의 뜨겁고 탄소가 부족한 지역에서 형성된 행성이 어떻게 생명체가 존재할 수 있는 행성으로 진화했는가를 설명하는데 도움을 줍니다.
Woodward 교수는 “모든 암석형 행성의 세계는 탄소와 다른 우너소를 운반하는, 혜성과 같은 작은 천체의 영향을 받는다”며 “우리는 초기 행성에 미친 이러한 영향이 어떻게 생명체 탄생을 촉진했는지 점점 더 정확히 이해하고 있다”고 설명합니다. 오르트 구름에서 탄소가 풍부한 다른 혜성이 존재하는지 알아내기 위해서는 새로운 혜성에 관한 추가적인 관찰이 필요합니다. 이는 혜성이 탄소나, 생명체 존재를 위해 필요했던 다른 원소를 지구에 전달했을 것이란 가설에 더욱 힘을 실어줄 겁니다.
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