30년 전만 해도 외계 생명체는 학자들의 추측에 가까웠습니다. 결정적인 증거는 없었습니다.
지금은 다릅니다. 강력한 신형 망원경과 탐사 로봇들이 학계가 오랫동안 품어온 질문들에 하나씩 답을 내놓고 있습니다. 우주 속 인간의 위치에 관한 사고 자체가 바뀌는 중이며, 그 속도는 우리의 이해력을 앞지르고 있습니다.
"우리 말고 또 있을까?" 이 질문에 대해 지금까지 나온 답을 정리했습니다.
왜 지금 이 질문이 과학이 되었나
놀랍게도 많은 학자들이 외계 생명체의 존재를 진지하게 믿고 있습니다. 태양계 안에서 생명의 흔적을 찾을 날도 멀지 않았다고 봅니다.
전환점은 두 가지였습니다.
첫째, 지구 생명의 한계가 계속 갱신되고 있습니다.
햇빛도 산소도 전혀 없는 곳에서 생명체가 살아가고 있습니다. 끓는 물, 강한 알칼리, 황산 같은 환경에서도 생명이 번성합니다. 액체 상태의 물만 있다면 화학 조성이나 햇빛, 산성도 같은 조건은 결정적 장애가 아니라는 것이 밝혀졌습니다.
이 발견이 외계 생명에 대한 인간의 시각을 완전히 바꿔놓았습니다.
둘째, 태양계 안에서 물이 계속 발견되고 있습니다.
20년이 될지 30년이 될지 모르지만, 우리 세대에 확인이 가능할 것이라는 전망이 나올 만큼 상황이 달라졌습니다.
화성 — 2008년, 탐사선이 물에 닿았다
2008년 5월, 나사의 우주 탐사선 피닉스가 화성에 착륙했습니다. 3억 km 이상 떨어진 관제센터에서 연구진은 위기일발의 착륙 장면을 지켜봤습니다.
피닉스는 곧장 화성 토양 분석에 들어갔습니다. 물을 비롯해 생명에 필요한 요소가 있는지 확인하는 것이 목적이었습니다.
그리고 곧 놀라운 일이 벌어졌습니다.
첫 번째 도랑을 파 내려가는데 겨우 5cm 정도 깊이에서 빛나는 흰 물질이 드러났습니다. 그런데 이 흰 부스러기는 며칠 만에 자취를 감췄습니다.
소금이나 바위는 이렇게 사라질 수 없습니다. 승화한 것입니다. 얼음이었습니다.
사상 최초로 화성 탐사선이 물과 직접 접촉한 순간이었습니다.
화성에 생명이 있을 가능성
지구에서는 물이 있는 곳에 생명이 있습니다. 하지만 화성은 지구가 아닙니다. 버려진 사막 같고, 기온은 빙점 아래로 매우 낮고, 뚜렷한 대기도 없습니다. 생명체에게는 고약한 여건입니다.
그럼에도 기대를 접지 않는 이유가 있습니다.
- 화성에서 물과 함께 탄소, 메탄, 수소가 발견되었습니다. 생명이 살 수 있는 기본 요소가 갖춰졌다는 뜻입니다.
- 1996년 발견된 화성 운석에서 미생물 화석일 가능성이 있는 구조가 확인되었습니다. 결론은 나지 않았지만 논쟁은 계속되고 있습니다.
- 일부 학자들은 지금도 화성 지표 밑에 미생물이 존재할 수 있다고 봅니다.
태양계의 다른 후보지들
탐사선들은 생명 서식지의 다른 후보들도 찾아냈습니다. 흥미롭게도 대부분 행성이 아니라 위성입니다.
| 후보지 | 소속 | 기대되는 이유 |
|---|---|---|
| 엔셀라두스 | 토성 위성 | 간헐천에서 수증기와 유기물 분출 확인 |
| 타이탄 | 토성 위성 | 탄화수소 바다 존재 |
| 유로파 | 목성 위성 | 얼음 아래 거대한 액체 바다 |
토성의 위성 엔셀라두스에서는 최근 간헐천이 발견되었습니다. 생명에 도움이 되는 수증기와 유기물이 가득한 곳입니다. 또 다른 위성 타이탄의 탄화수소 바다에도 생명이 살 수 있다는 견해가 있습니다.
하지만 가장 기대를 모으는 곳은 목성의 위성 유로파입니다. 단순한 미생물이 아니라 훨씬 크고 복잡한 생명체가 살 수 있는 환경이기 때문입니다.
유로파 — 얼음 아래 바다의 증거
유로파는 지구의 달과 크기가 비슷하지만 생김새는 완전히 다릅니다. 분화구가 거의 없고, 대신 사방에 줄이 그어져 있습니다. 1,600km 넘게 이어지는 긴 선들도 보입니다.
이 선들의 대부분은 2중 융기선 구조를 갖고 있습니다. 때로는 서로 엉키고 엇갈립니다. 이 선의 정체가 무엇인지가 유로파 논쟁의 핵심입니다.
유로파 표면 온도는 영하 120도입니다. 한때 학계는 60마일(약 100km) 지하의 핵까지 전부 얼음인 불모지로 여겼습니다.
생각을 바꾼 것 — 조석력
'조석'이라고 하면 해안선에서 넘실대는 바다가 떠오릅니다. 하지만 행성 규모에서 보면 지구라는 천체의 형태 자체가 변형되고 있습니다. 태양과 달의 인력 때문에 길게 늘었다가 다시 줄어듭니다.
유로파에서는 이 현상이 훨씬 큰 규모로 발생합니다. 유로파는 태양계에서 가장 거대한 행성인 목성을 공전하는 운명을 타고났습니다. 목성의 막대한 중력이 유로파를 끊임없이 잡아당기고 압축하며, 암석질의 핵에서 열을 발생시킵니다.
그 결과 얼음 밑에 바다가 생겼다는 것이 학계의 주장입니다. 규모는 지구의 모든 대양을 합친 것보다 두 배로 추정됩니다.
지구의 해저에서 열수 분출구 주변에 미생물과 벌레들이 살아가듯, 그곳에도 생명체가 존재할 가능성이 있다는 것입니다.
얼음은 얼마나 두꺼운가 — 핵심 논쟁
여기서 결정적인 논쟁이 갈립니다.
다수설: 바다는 약 100km 두께의 얼음 밑에 묻혀 있다.
소수설(그린버그 등): 얼음 두께는 1~2km 정도에 불과하다.
이 차이는 대단히 중요합니다. 얼음이 얇다면 햇빛이 바다까지 도달할 수 있고, 그렇다면 복잡하고 덩치 큰 생명체에게 에너지를 공급할 수 있기 때문입니다.
소수설의 근거는 앞서 언급한 2중 융기선입니다. 얼음이 실제로 깨져야만 이 구조가 만들어진다는 것입니다.
유로파를 날달걀에 비유하면 이해가 쉽습니다. 겉에는 얇은 껍질이 있고 안쪽은 액체입니다. 3일 반마다 이 달걀을 늘였다 줄였다 하면 어떻게 될까요. 껍질이 깨집니다.
그린버그의 설명은 이렇습니다.
- 조석력으로 얼음이 갈라지면 아래의 바닷물이 지표로 올라와 냉각됩니다.
- 조석력이 약해지면 균열이 다시 압축되면서 질퍽한 얼음을 위로 밀어냅니다.
- 이 과정이 반복되며 양쪽에 융기선이 쌓입니다. 2중 융기선의 완성입니다.
만약 이 설명이 옳다면, 균열 속의 물에는 생태계가 존재할 수 있습니다.
태양계 밖 — 외계 행성 사냥의 역사
시선을 태양계 밖으로 돌려봅시다.
우리는 수천 년간 지구가 특별하다고 믿어왔습니다. 그 확신이 옳은지 확인할 수 있는 시대가 왔습니다.
1990년대 중반, 인류는 태양계 밖의 행성을 처음으로 확인했습니다. 그전까지 천문학자들은 행성이 극히 드문 존재라고 믿었습니다. 지금은 수천 개가 확인되었고 숫자는 계속 늘어나고 있습니다.
보이지 않는 행성을 어떻게 찾을까
행성을 찾기 어려운 것은 거리 때문만이 아닙니다. 행성 자체는 빛을 내지 않고, 옆에 있는 별이 너무 밝기 때문입니다.
그래서 간접적인 방법을 씁니다.
시선속도법(별의 흔들림 관측).
행성이 별을 돌면, 별도 그 중력에 이끌려 미세하게 흔들립니다. 이 흔들림의 정도를 측정해 행성의 존재와 질량을 추정합니다. 행성이 클수록 별이 심하게 흔들리므로 큰 행성이 먼저 발견됩니다.
문제는 여기서 발생합니다. 이 방식으로 가장 쉽게 찾히는 것은 목성이나 토성처럼 독성 대기를 가진 거대 가스 행성입니다. 정작 우리가 찾고 싶은 것은 물이 있는 암석 행성, 즉 지구와 비슷한 곳입니다.
케플러 망원경 — 2009년의 전환점
2009년 3월, 나사가 혁신적인 망원경 케플러를 발사했습니다. 케플러는 지구처럼 태양 주위를 돌면서, 수만에서 최대 10만 개에 이르는 항성계를 감시하며 지구 같은 행성을 찾아내는 능력을 갖췄습니다.
케플러가 던진 질문은 명확했습니다. "지적 생명체가 살 수 있는 별은 흔한가, 귀한가?"
지금까지의 관측 결과는 낙관적입니다. 밤하늘 항성의 60~80%가 주위를 도는 암석질 행성을 갖고 있다고 봅니다.
최신 망원경들은 이제 행성 자체를 넘어 생명의 기본 요소까지 탐색합니다. 물, 탄소, 질소, 심지어 탄화수소까지. 새로 찾은 행성의 대기에 그런 성분이 있는지를 직접 확인하는 단계에 들어선 것입니다.
은하계에 문명은 몇 개나 있을까
우주에 메시지를 보낼 수 있는 문명이 존재할 확률은 얼마나 될까요. 극도로 희박해 보이지만, 우주의 크기를 떠올리면 이야기가 달라집니다.
한 가지 계산 방식을 따라가보겠습니다.
| 단계 | 수치 |
|---|---|
| 우리 은하의 별 | 2,000억 개 |
| 그중 행성을 가진 별 (약 절반) | 1,000억 개 |
| 별당 평균 행성 수 | 약 10개 |
| 우리 은하의 행성 총수 | 약 1조 개 |
| 행성 1만 개 중 1개에 생태계 발생 | 1억 개 |
| 그중 10만 분의 1에 지적 생명체 | 약 1,000개 문명 |
우리 은하 안에만 1,000개의 문명. 그리고 우주에는 이런 은하가 수십억 개 있습니다.
시간도 우리 편이 아닙니다. 이론적으로 생명과 진화, 지성이 발생할 수 있었던 시점은 지금으로부터 30~40억 년 전입니다. 만약 외계 문명이 존재하고 우리보다 훨씬 오래되었다면, 그들은 우리가 상상하기 어려운 수준에 도달했을 것입니다.
참고: 위 계산은 각 단계의 확률을 어떻게 잡느냐에 따라 결과가 극단적으로 달라집니다. 같은 방식으로 "은하에 우리뿐"이라는 결론도 나올 수 있습니다. 확정된 값이 아니라 사고의 틀로 이해하는 것이 정확합니다.
신호를 찾는 일 — 라디오 채널 맞추기
외계인의 신호를 찾는 것은 라디오 채널을 맞추는 일과 비슷합니다.
문제는 우리가 굉장히 좁은 주파수 대역에서, 소수의 항성계만 탐색하고 있다는 점입니다. 아직 기술이 표면을 간신히 만지작거리는 수준입니다.
그럼에도 이 분야 연구자들은 20년 내에는 누군가 있다는 신호가 포착되리라 기대하고 있습니다.
신호를 받는다면 이해할 수 있을까
언젠가 외계의 신호를 포착하는 순간이 온다면, 그 의미를 해독할 수 있을까요.
참고할 만한 사례가 있습니다. 이스터섬에는 100년 넘게 해독하지 못한 문자가 있었습니다. 해독은 못 했지만 그것이 메시지라는 사실은 알았습니다.
만약 누군가 지구에 메시지를 보내고 있다면, 알아듣기 쉽도록 아주 간결한 형태를 택했을 가능성이 큽니다. 소수(素數)의 나열이나 수소 원자의 진동수처럼, 물리 법칙에 기반한 보편적인 언어를 쓸 수도 있습니다.
물론 끝내 이해하지 못할 수도 있습니다. 하지만 발견했다는 사실 하나만으로 모든 것이 바뀝니다. 우주에 대한 인류의 시각이 근본부터 달라질 것이며, 그것은 인류가 지구에서 알아낸 가장 큰 발견이 될 것입니다.
한국에서 하는 외계행성 탐색
외계행성 탐색은 미국과 유럽만의 일이 아닙니다.
한국천문연구원은 KMTNet이라는 관측 시스템을 운영합니다. 칠레, 남아프리카공화국, 호주 세 곳에 동일한 망원경을 설치해 24시간 끊김 없이 남반구 하늘을 감시하는 방식입니다. 한 곳이 낮이면 다른 곳이 밤이기 때문입니다.
여기서 쓰는 방법이 독특합니다. 중력렌즈 현상을 이용합니다. 앞에 있는 별의 중력이 뒤쪽 별에서 오는 빛을 휘게 만드는데, 앞 별에 행성이 딸려 있으면 그 밝기 변화에 미세한 흔들림이 생깁니다. 이 신호를 잡아 행성의 존재를 알아냅니다.
이 방법의 장점은 별에서 멀리 떨어진 행성이나 어떤 별에도 속하지 않고 떠도는 행성까지 찾을 수 있다는 것입니다. 다른 관측법으로는 잡기 어려운 대상입니다. KMTNet은 실제로 다수의 외계행성 발견에 기여했습니다.
시나리오: 2041년, 만약 이런 일이 일어난다면
아래는 실제 사건이 아니라 가상의 시나리오입니다. 앞서 살펴본 기술들이 실제로 작동했을 때 어떤 일이 벌어질 수 있는지를 그려본 것입니다.
2041년 3월. 나사팀이 우주에 설치된 최첨단 망원경 '지구형 행성 탐색기'를 작동시킵니다. 2010년까지 찾아낸 행성이 수백 개였다면 이제는 5,000개가 넘습니다. 그중 지구 같은 소형 행성은 100여 개지만 생명의 흔적은 없었습니다.
그러던 어느 날, 망원경이 '시그마 547'이라는 행성에 시선을 고정합니다. 지구와 비슷한 크기이고, 항성과의 거리가 적절해 물이 얼지 않는 위치입니다.
2041년 4월. 학자들이 시그마 547의 대기에서 생명의 증거를 발견합니다. 그런데 그 반가움을 깨는 소식이 함께 들려옵니다. 대기에서 클로로플루오르카본, 즉 프레온가스의 흔적이 감지된 것입니다.
프레온가스는 자연적으로 생성되지 않습니다. 산업 공해가 있다는 것은 곧 기술 문명이 존재한다는 뜻입니다. 전 세계 천문학자들이 일제히 망원경을 그 좌표로 돌립니다.
2041년 6월. ATA 망원경 350기가 시그마 547을 조준합니다. 수십 년간 외계 지적 생명체를 찾아온 노력이 결실을 맺으려는 순간입니다. 자기장에 특이점이 감지됩니다. 새로운 자연현상일까요, 아니면 인간처럼 발달한 문명일까요.
2045년. 과학자들이 세계 최강의 레이저로 우주에 광선을 쏩니다. 지적 외계 문명에게 보내는 신호입니다. 그간의 반응은 늘 침묵이었습니다.
하지만 이번에는 다릅니다. 빠르게 움직이는 대형 물체의 태양계 진입이 감지됩니다. 그리고 지구를 향해 돌진하고 있습니다.
기뻐하는 사람들이 있고, 두려움에 질린 사람들이 있습니다. 인간 이외에 또 다른 지적 생명체가 존재한다는 이야기니까요.
이런 일이 정말 일어날까요. 아니면 영화 속에서만 가능한 일일까요.
자주 묻는 질문
외계 생명체가 발견될 확률이 실제로 높나요?
미생물 수준의 생명이라면 태양계 안(화성 지하, 유로파, 엔셀라두스)에서 발견될 가능성을 상당수 연구자가 진지하게 봅니다. 지적 문명은 전혀 다른 문제이며, 이에 대해서는 학계 내에서도 견해가 크게 엇갈립니다.
왜 아직 아무도 발견되지 않았나요?
이것을 페르미 역설이라고 부릅니다. 우주가 이렇게 넓다면 누군가 있어야 하는데 왜 조용한가 하는 질문입니다. 우리 탐색 기술이 아직 초보 단계라는 설명, 문명이 일정 단계에서 스스로 소멸한다는 설명 등 여러 가설이 있습니다.
유로파 탐사는 언제 결과가 나오나요?
얼음층 아래 바다를 확인하려는 탐사 임무가 진행 중이지만, 도착과 관측에 수년이 더 필요합니다. 얼음을 뚫고 바다에 직접 진입하는 것은 그다음 세대의 과제입니다.
외계 문명이 지구에 온다면 어떤 존재일까요?
우리보다 수십억 년 앞선 문명일 가능성이 큽니다. 다만 이는 어디까지나 추정이며, 현재로서는 과학적으로 검증된 근거가 없는 영역입니다.
자료 출처
- NASA Exoplanet Archive
- NASA 케플러·TESS 임무 자료
- NASA Astrobiology Program
- 본문의 2041년·2045년 대목은 실제 사건이 아니라 가상 시나리오입니다.
- 오류를 발견하시면 댓글이나 메일로 알려주세요.
마무리
30년 전 이 주제는 추측이었습니다. 지금은 화성에서 얼음을 파냈고, 유로파 얼음 아래 바다의 존재를 논증하고, 수천 개의 외계 행성 대기에서 물과 탄소를 찾고 있습니다.
답이 어느 쪽이든 놀랍습니다. 우주에 우리뿐이라면 그것대로 경이로운 일이고, 우리뿐이 아니라면 인류 역사상 가장 큰 발견이 될 것입니다.
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