지난 9월, 금성 대기에서 예상 밖의 설명되지 않는 포스핀(phosphine)이 발견됐다는 뉴스를 놓쳤다면, 당신은 세상과 담을 쌓고 사는 사람일 겁니다. 10월까지는 포스핀이 정말 검출된 것인지에 대한 의구심이 조금 들었지만, 어느 쪽이든 이전에 알려지지 않았던 화학작용이 금성 대기에서 분명히 일어나고 있습니다. 아마도 그건 생화학 작용일 수도 있습니다. 포스핀은 금성에 생명체가 존재한다는 명백한 증거일까요?

금성은 정말 지옥 같은 세상입니다. 이 행성은 유난히 두꺼운 이산화탄소 대기로 뒤덮여 강력한 온실 효과를 만들어 냅니다. 표면 온도는 460℃가 넘는데 이는 납이 녹을 정도입니다. 높은 고도로 올라갈수록 온도가 더 낮아지며(지구에서 등반가들이 경험하는 것처럼) 55킬로미터쯤에서는 온도와 압력이 지구와 유사합니다. 반팔을 입고 다닐 정도로 따뜻합니다. 그러나 이곳의 구름을 구성하는 물방울은 농축된 황산입니다. 이는 지구상에 알려진 어떤 강한 생명체가 살아남을 수 있는 환경보다 훨씬 더 극단적입니다. 아마도 금성에 생명체가 존재한다면 우리보다 훨씬 강한 산성을 견디도록 진화했고 행성이 온실효과를 겪기 전 고대 해양으로부터 구름층으로 이주해왔을 겁니다. 그러나 금성의 공중 생물권에 관한 전망이 아무리 낮을지라도 그 발견은 확실히 금성에 추가적인 탐사에 대한 관심을 불러일으켰습니다. 

운 좋게도 NASA의 디스커버리 프로그램이 이미 검토하고 있는 임무가 있습니다. DAVINCI+는 연초에 최종 후보자 명단에 있고, 만약 선정되면 빠르면 2026년 5월 발사될 수 있습니다. 이 임무는 금성 대기권에 탐사선을 날려 보내 금성의 민감한 분광계가 낙하산을 타고 하강하면서 대기를 측정하는 겁니다. NASA 고다드 우주비행센터의 우주과학자이자 DAVINCI+를 도운 멜리사 트레이너(Melissa Trainer) 박사는 “마침내 우리는 구름 꼭대기에서 거의 지표면까지 대기를 통과하며 혼합된 가스를 명확히 볼 수 있을 것이다”고 전했습니다. 예를 들어 DAVINCI+는 대기의 수증기를 상세하게 측정할 것이다. 따라서 금성의 역사에서 얼마나 많은 물을 잃게 됐는지, 그리고 얼마나 오랫동안 광대한 바다를 가지고 있었는지 밝혀낼 계획입니다. 운이 좋으면 포스핀의 원인을 밝혀낼 수 있을 것이다. 트레이너 박사는 “나는 지금 우리가 자매 행성인 금성으로 돌아가야 한다고 강력히 권고한다”며 “금성 대기에서 무슨 일이 일어나고 있는지 해독할 수 있도록 올바른 측정 도구를 가지고 가는 것이 시급하다고 생각한다”고 말했습니다. 

 

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우리가 찾고 있는 외계 생명체는?

지구상의 모든 생명체는 유전 정보를 저장하기 위해 DNA와 RNA, 세포의 구조 성분을 만듭니다. 생화학 반응을 실행하기 위한 단백질, 세포의 외박을 구성하는 지질지방 분자 등 세 가지가 필요합니다. 그러므로 우리는 이 화학 시스템이 생물학에 효과가 있다는 걸 알고 있지만 다른 세계에서 생명체를 찾을 때 지구의 본보기에 의해 지나치게 편협해지지 않는 것이 중요합니다. 외계 생명체는 우리와 매우 다를 수 있습니다.

 
화학적 성질의 기본 원칙을 기반으로 생명체는 생체(탄소 기반)분자로 만들어지고 물을 용매로 사용할 가능성이 높다고 생각됩니다(아마도 타이탄 생명체의 경우 물 대신 에탄(ethane)을 사용합니다). 그러므로 우리가 다른 세계로 보내는 것을 목적으로 계획한 우주선의 기구들은 DNA와 같은 특정한 화합물보다는 복잡한 생체분자를 일반적으로 찾습니다.  

우주 임무의 많은 연구는 다른 행성과 위성의 환경이 어떤지 혹은 수십 억 년 전 어떠했는지 그리고 이러한 환경에서 생명체가 살 수 있을 것인지 이해하고 노력하는 겁니다. 지구 생명체의 생존 한계에 대한 우리의 이해는 호극성균(extremophiles)의 연구로 알고 있습니다. 호극성 세균은 몹시 뜨겁거나 얼어붙을 정도의 추운 온도, 혹은 강한 산도, 또는 극도의 방사선 수준, 염도가 높아 주위에 건조 효과 등을 견딜 수 있는 극단적으로 강인한 유기체입니다. 

일부 호극성균은 지구상에서 다른 세상과 비슷한 환경에서 살고 있습니다. 예를 들면 남극 빙상 아래 묻혀 있는 보스토크 호수는 유로파나 엔셀라두스 표면 아래 생명체가 있을 가능성에 대해 설명해줍니다. 

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일부 19세기 천문학자들은 수로가 화성 표면을 가로지르는 걸 볼 수 있다고 자신들을 확신시켰을지도 모르지만, 1960년대 플라이바이 탐사선으로 화성을 관찰한 우리의 첫 번째 클로즈업된 표면 모습은 얼어붙은 사막이란 걸 명백히 보여줬습니다. 화성은 대기가 얇아 매우 춥습니다. 액체 상태의 물은 대부분 지표에서 안정적이지 않으며 태양으로부터 나오는 자외선으로 휩싸입니다. 그러나 화성이 항상 이렇게 살기 힘든 것은 아니었습니다. 고대의 강, 계곡, 삼각주, 호수 그리고 심지어 북반구에 있는 바다의 광범위한 징후들이 있는데 이는 따뜻하고 습기가 많았던 화성을 보여줍니다. 이 행성의 역사 초기 단계에서 생명체가 시작됐다면 이 미생물의 ‘생명지표’는 퇴적물 속에 보존돼 있을까요?  

화성에서 생명체가 살 수 있다는 가능성에 관심이 있는 과학자들은 지구 곳곳의 극한 환경을 탐험하며 어떤 종류의 미생물이 생존할 수 있는지 조사합니다. 클레어 커즌스(Claire Cousins) 박사는 세인트앤드루스 대학교(University of St Andrews) 우주생물학자입니다. 그녀는 “지구 어디에도 화성과 똑같은 곳은 없지만 값진 비교를 할 만큼 비슷한 점을 가진 곳이 있다”며 “오늘날 메마른 화성 표면이 어떤 곳인지 느끼고 싶다면 칠레의 아타카마 사막으로 갈 수 있을 것이다. 대신에 약 30~40억 년 전 초기 화성의 환경을 이해하고 싶다면 아이슬란드와 같이 화산 활동이 활발한 곳을 연구할 수 있을 것”이라고 전합니다.

 
화성은 한때 생명체가 살 수 있는 환경을 제공했을 뿐만 아니라 로봇 탐사선으로 탐사가 비교적 쉬운 곳이기 때문에 흥미로운 곳입니다. 올해 7월에는 화성에 3개 이상의 서로 다른 임무가 시작됐습니다. 중국의 톈원 1호(Tianwen-1) 궤도 및 탐사선, 아랍에미리트(UAE)의 Al Amal 궤도선회 우주선, NASA의 최신 자동차 크기의 로버 퍼서비어런스(Perseverance)가 발사됐습니다. 그리고 다음 2022년 발사 가능 시간대가 펼쳐지면서 유럽우주국(ESA)와 러시아연방우주청(Roscosmos)이 자체 개발한 바이오시그니처헌팅로봇, 엑소마스(ExoMars)의 로버인 로절린드 프랭클린(Rosalind Franklin)을 보낼 예정입니다. 커즌스 박사는 또한 엑소마스의 카메라팀의 일원입니다. 그녀는 “화성으로 향하는 다음 탐사 로봇들은 화성 암석의 화학적 성질을 믿을 수 없을 정도로 자세히 탐사할 것”이라며 “이는 중요한데, 우리는 수십 억 년 전에 살았던 아주 작은 미세한 생명체의 증거를 찾으려고 하기 때문이다. 이는 쉽지 않다”고 설명했습니다. 이어 “우리는 이 기간 내내 보존되어 온 미생물이 남긴 미량의 유기물질을 찾고 있을 것이다”고 덧붙였습니다. 

토성의 위성 중 하나인 엔셀라두스는 작은 눈덩이와 같습니다. 직경은 런던과 에든버러 사이에 딱 맞으며 미세한 중력은 어떤 대기도 붙들 수 없으며 표면은 단단히 얼어붙은 얼음입니다. 우주 생물학자들은 2005년 놀라운 발견이 있기 전까지 엔셀라두스에 대한 관심은 거의 없었습니다. 카시니호는 위성의 남극 근처에 균열들이 반짝이는 얼음의 간헐천을 우주로 뿜어내고 있는 걸 보았습니다. 시간이 지남에 따라 이 얼음 결정체들의 분출은 토성 주위에 E고리를 형성했고 위성의 얼음 지각 아래에 있는 많은 양의 액체 상태인 물에서 그것들이 뿜어져 나오는 것으로 판단됩니다.

이 놀라운 발견 후에 카시니호는 엔셀라두스 표면에 있는 간헐천의 성분을 분석하도록 명령받았습니다. 분수처럼 뿜어져 나오는 물에는 나트륨과 실리카가 풍부한 모래 알갱이가 들어있는 것으로 조사됐는데, 엔셀라두스의 바다는 염분이 있고 이 물이 광물을 녹이기 위해서는 위성의 암석으로 이뤄진 중심부에 접촉해야 한다는 걸 의미합니다. 카시니호는 또한 포름알데히드나 아세틸렌과 같은 간단한 유기화합물들과 더 큰 분자들이 발견됐습니다. 이는 생명체의 징후가 아니라 생명 작용이 전개되는데 중요하다고 생각되는 일종의 화학적 전구물질일 뿐입니다.

 
그래서 엔셀라두스는 생명체에 적합한 거주 가능한 환경을 제공하기 위해 액체 상태의 물, 유기 화합물, 에너지원 같은 모든 요소를 갖춘 곳입니다. 이곳을 자세히 살펴보기 위한 몇 가지 로봇 임무가 최근 몇 년 동안 제안되었다. 엔셀라두스 생명체 탐사선(Enceladus Life Finder, ELF)과 엔셀라두스 탐사프로젝트인 Enceladus Life Signatures and Habitability, ELSAH) 임무는 둘 다 가장 최근 NASA 뉴 프런티어 프로그램에서 제안됐지만 드레곤플라이(Dragonfly)에게 밀렸습니다. 엔셀라두스와 타이탄(Explorer of Enceladus and Titan, E2T)은 ESA-NASA 공동 임무로 제안됐지만 2018년 5월 ESA의 코스믹 비전(Cosmic Vision) 프로그램에 최종 후보 명단에 들지 못했습니다. 우주 임무의 자금을 지원받기 위한 경쟁이 치열하지만, 엔셀라두스에 대한 기대가 충분하기에 우리는 머지않아 그곳에 가게 될 것입니다.

 

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태양계 너머의 생명체

태양계에는 생명체가 있을 수 있는 소수의 행성과 위성이 존재하지만, 우리 은하계에는 매우 많고 다양한 행성계가 있습니다. 1990년대 초부터 천문학자들은 4,300개가 넘는 외계행성(우리 태양계 너머 행성)을 발견했으며 일부 은하계에 1,000억개 이상 있을 것으로 추정합니다. 유로파나 엔셀라두스 같은 위성에는 생물권을 지속시킬 수 있지만 얼음층 아래 밀폐된 바다에 대해서 정확히 알긴 어렵습니다. 따라서 태양계 너머의 생명체를 고려할 때, 우주 생물학자들은 대부분 지구와 같은 행성을 더 많이 고려합니다. 대형 망원경들은 외계행성의 대기조성을 원격으로 읽을 수 있고 만약 우리가 산소 같은 기체의 존재를 본다면 우리는 그곳에 생명체의 존재를 유추할 수 있을 겁니다. 옥스포드대학교 천체물리학자겸 우주생물학자인 사라 러그하이머(Sarah Rugheimer) 박사는 “2021년 10월 발사될 때 제임스 웹 우주망원경으로 생명지표를 탐지할 수 있는 첫번째 기회를 얻을 수 있을 것이지만, 우리는 소수의 거주 가능한 행성만 확인할 수 있을 것”이라고 말했습니다. 그리고 그녀는 어떤 행성이 최고의 후보라고 생각하는가?라는 질문에 “TRAPPIST-1 시스템은 그곳의 항성과 각기 다른 거리에 위치한 지구 크기의 행성 7개가 연속적으로 존재하기 때문에 탐사하기에 놀라운 시스템이 될 것이라고 생각한다”고 전했습니다.

 

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우주탐사선은 목성의 위성 중 하나인 유로파의 표면이 비교적 새로 만들어졌고 젊다는 걸 밝혀냈습니다. 충돌로 인한 분화구가 적은데 이는 이 위성이 지질학적으로 활동한다는 걸 의미합니다. 유로파는 목성의 강한 중력에 의해 위성 표면이 확장되고 구부러지며 십자형의 긴 균열이 있습니다. 갈릴레오 궤도선회우주선은 또한 위성이 목성의 자기장을 왜곡시키는 걸 발견했습니다. 이것은 유로파 내에서 전기 전도성이 있는 물질에 의해 자기장이 생성되고 있다는 걸 암시합니다. 유로파 지표 아래 염분이 많은 바다가 이상적인 후보입니다. 심지어 이 바다가 빙산을 깨고 표면으로 녹아 내렸을 수도 있는 지역들이 보이는데, 차가운 우주공간에 노출되면서 다시 급속도로 얼어버린 것으로 보입니다. 따라서 유로파의 잠재적 거주가능성 측면에서 우리는 지하의 액체상태의 물이 있다는 걸 압니다. 그러나 그것은 우리가 확신할 수 있는 전부입니다. 우리는 바다 위에 있는 얼음 껍질이 얼마나 두꺼운지 또는 어떤 유기 화학이 존재하는지, 해저에 열수활동이 있는지 바닷물의 pH나 염도가 생명체에 적합한지 알 수 없습니다. 

만약 이 바다가 거주가능 하다면, 유로파는 화성(지금은 극도고 춥고 건조한)보다 오늘날 외계 생명체가 생존할 가능성이 더 높습니다. 하지만 이 위성은 로봇 탐사선으로 조사하기 까다롭습니다. 유로파는 화성이나 금성보다 훨씬 멀리 떨어져 있고, 목성의 강렬한 방사선대 안쪽 궤도를 돕니다. 또한 이 위성에는 낙하산을 타고 지표로 갈 수 있는 대기가 없습니다. 만약 우리가 유로파의 표면으로 안전하게 강한 탐사선을 내려 보낼 수 있다고 해도 지표면 아래 바다에 도달하기 위해서는 수 킬로미터의 암석처럼 단단한 얼음에 구멍을 뚫거나 녹여야 할지도 모릅니다. 어떤 면에서는 엔셀라두스가 우주로 바닷물을 뿜어내고 있기 때문에 생명체를 확인하는 게 훨씬 더 쉬울 것입니다. 탐사선은 분석을 위해 지구로 돌아가기 전 이 물기둥을 급습해 샘플을 채취할 수 있습니다. 그러나 허블 우주망원경이 위성의 남극 근처에서 분출하는 것을 보이는 물기둥을 포착한 이후 유로파에도 희망이 있습니다.

 
ESA의 목성위성탐사선(Jupiter Icy Moons Explorer, JUICE)는 2022년 발사되나 유로파의 플라이바이는 2번뿐이고 NASA의 유로파클리퍼는 위성을 여러 번 통과할 것이며 2024년 발사 예정입니다. 만약 유로파 착륙 임무가 자금을 지원받으면 2025년에 발사될 수 있고 지표 얼음 10cm를 떠서 생명체의 징후를 테스트할 수 있을 겁니다. 

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토성의 가장 큰 위성인 타이탄은 심지어 수성보다도 더 큽니다. 2005년 ESA의 호이겐스 하강 탐사선이 타이탄의 흐릿한 오렌지색 대기를 뚫고 낙하산을 타고 내려왔을 때 구불구불한 언덕과 하곡, 그리고 매끄러운 자갈들이 여기저기 흩어져 있는 풍경을 발견했습니다. 이후 카시니호는 플라이바이를 하며 위성의 북극 근처에서 거대한 호수와 비가 내린 흔적을 발견했습니다. 타이탄은 물에 젖어 있었고 원시 지구의 생명체 기원에 중요한 역할을 했던 단순한 유기 화학물질들로 덮여있었습니다. 확실히 이는 외계생물학을 주최하는 확실한 승자일까요?

 

타이탄의 문제는 정말 춥다는 것이다. 지구보다 태양으로부터 9배 더 멀리 떨어져있는 토성의 궤도를 돌기 때문에 태양의 온기를 단 1%만을 받습니다. 타이탄 표면은 감각을 마비시키는 -180℃로 타이탄의 강과 호수는 액체 상태의 물오 철벅거릴 수 없습니다. 대신 메탄과 에탄과 같은 액체탄화수소로 이뤄져 있습니다. 이는 표면에 어떤 생명체도 물이 아닌 에탄에 기반해야 하며 DNA와 같은 분는 작동하지 않을 것이다. 타이탄 생명체는 정말로 외계인일 겁니다.

 
우주생물학자들은 타이탄으로 돌아가고 싶어합니다. 지난 6월 NASA는 뉴 프론티어 프로그램의 자금지원을 받을 최신 임무로 ‘드래곤플라이’를 선정했습니다. 드레곤플라이는 매우 혁신적이다. 다른 행성 탐사선들이 정적인 착륙선이거나 지표를 천천히 굴러가는 로버들을 동원하는데 반해 드레곤플라이는 옥토콥퍼 드론입니다. 타이탄의 낮은 중력과 두꺼운 대기의 조합으로 이곳은 시속 30키로미터 이상 빠르게 비행할 수 있고, 수직 이착륙이 가능해 관심 지역을 정확히 파악할 수 있는 전례 없는 능력을 갖게 됩니다.

 
트레이너 박사는 이 미션의 연구 부책임자입니다. 트레이너 박사는 “드레곤플라이는 생명 탐지 임무는 아니지만 우리는 이러한 환경에서 생물발생 이전의 화학이 어떻게 진행됐는지에 대한 근본적인 질문을 하고 있다”며 “우리는 수백만 년의 화학합성의 결과물을 특징짓고 생물학적으로 관련 있는 분자를 찾을 것”이라고 전합니다. 

 

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