태양계에서 생명 존재 가능성 높은 곳 탑10
우리가 언젠가 외계 생명체를 우연히 만날지도 모른다는 희망은 지금, 그 어느 때보다도 크다. 물론, 비행접시를 타고 우주를 질주하는 작은 녹색 인간들은 아닐 것이다. 오히려 미생물이나 원시 박테리아일 가능성이 더 높다. 그러나 이와 같은 발견은 우주에 우리가 혼자 있는 게 아니라는 신호가 될 것이다. 어딘가에 생명체가 존재할 수 있다는 신호 말이다.
이런 생명체를 어디서 찾을 수 있을까? 한때 태양계는 지구를 제외하고는 황량한 불모지일 것이라고 생각했다. 암석으로 된 이웃 행성들은 화성처럼 너무 건조하고 춥거나, 금성처럼 너무 덥고 ‘불지옥’ 같았다. 다른 행성들은 거대 기체행성이었고, 이들 행성이나 행성이 거느린 위성들에는 기본적으로 생명체가 존재한다는 것을 상상조차 할 수 없었다. 지구는 기적 중의 기적처럼 보였다.
그러나 생물체 존재는 그렇게 간단하지 않다. 이제 우리는 지구상의 생명체가 아무리 혹독하고 가혹한 환경에서라도, 초저온 및 초건조 조건에서도, 상상할 수 없는 압력이 있는 깊이에서도, 햇빛을 에너지원으로 쓸 필요 없이도 잘 살 수 있다는 것을 알고 있다. 동시에 이런 알기 힘든 세계에 대한 우리의 피상적 이해는 대단히 확장돼왔다. 암석으로 구성된 이웃 행성인 금성과 화성은 한때 기후가 온난하고 지구 같았을지도 모르며, 이들 행성의 기후가 악화된 후에도 일부 생명체가 남아있을 수도 있다. 목성과 토성 주위를 도는 몇몇 얼음 위성들은 지하에 생명체가 살 수 있는 바다가 있을지도 모른다. 두어 개의 위성에는 대기까지 있을 수 있다. 그리고 여전히 생물체가 살기에는 너무 별나 보이는 다른 천체들도 계속해서 우리를 놀라게 하고 있다.
매년 우리가 발견하고 있는 무수히 많은 새 외계행성들과는 달리, 태양계에 관한 한 우리는 이들 장소로 탐사선을 보내 직접 연구할 수 있는 역량을 지니고 있다. 워싱턴대학의 우주생물학자 데이비드 캐틀링(David Catling)은 “망원경으로 관측하는 것이 불가능할 수 있는 것들도 우리는 측정할 수 있다”고 말한다. 이들은 근거리에서 관측할 수 있고, 어쩌면 대기 속으로 날아가거나 지표면에 착륙할 수 있고, 아마 언젠가는 이들 행성과 위성이 생명체의 증거인 물질이나 화석 (또는 어쩌면 생물체 자체)의 본거지인지를 밝혀줄 표본을 가져올 수 있다.
여기에 태양계에서 외계 생명체를 찾기에 가장 좋은 장소 10곳을 소개한다. 생명체를 찾을 가능성이 얼마나 되는지, 그리고 생명체가 있는 곳이라면 그곳에서 생명체를 얼마나 쉽게 찾을 수 있을지에 대해 주관적으로 순위를 매겼다.
10. 트리톤(Triton)
트리톤은 해왕성의 가장 큰 위성이며, 태양계에서 가장 독특한 곳 중 하나다. 이 위성은 태양계에서 지질학적으로 활동적인 것으로 알려진 단 5개의 위성 중 하나로, 승화된 질소 가스를 내뿜는 활성 간헐천으로 이런 사실이 입증된다. 트리톤의 표면은 대부분 얼어붙은 질소이고, 표층은 얼음 형태의 물로 되어 있으며, 얼음으로 된 맨틀을 가지고 있다. 곧 트리톤은 대단히 추운 곳이다. 그러나 이런 사실에도 불구하고 트리톤은 기조력(트리톤과 해왕성 사이의 중력 마찰)에 의해 열이 발생하는 것으로 보인다. 이런 열이 물을 데워 트리톤에 존재할지 모를 유기물을 통해 생물체가 생겨나도록 하는 데 도움을 줄 수 있다.
그러나 트리톤에서 실제로 생명체를 찾는 일은 가능성이 매우 낮아 보인다. 이 위성을 찾아간 유일한 임무는 1989년의 보이저 2호뿐이었다. 이 임무를 위한 창은 13년마다 한 번씩만 열린다. 트리톤에 갈 수 있는 가장 좋은 기회는 NASA의 트라이던트 미션 계획이다 (이 미션은, 2020년대 말 NASA가 2가지 새 금성 탐사 미션을 승인하고 난 뒤, 착수 가능성이 없어 보인다). 그리고 마지막으로, 이 끔찍한 추위 탓에 생명체가 스스로 살아갈 수 있도록 오랫동안 얼어 붙지 않고 생존해 있기를 바라는 희망도 사그라든다.
9. 세레스(Ceres)
태양계의 가장 큰 소행성이자 가장 작은 왜소행성인 세레스에는 액체 상태의 물이 지하 깊숙한 곳에 존재하고 있을 수 있다. 세레스는 화성과 목성 사이에 있는 왜소행성으로, 2015년부터 2018년까지 NASA의 돈(Dawn) 탐사선이 궤도를 돌며 연구했다. 과학자들은 여전히 이 데이터를 분석하고 있지만, 지난 몇 년 동안의 감질나는 연구는 지표에서 40km 깊이에 바다가 있고, 이 바다가 수백 마일에 걸쳐 뻗어있을 수 있다는 점을 시사한다. 이 바다는 거의 틀림없이 매우 짤 것이고 그래서 물이 0°C보다 훨씬 낮은 온도에서도 얼지 않게 할 것이다. 돈 탐사선은 심지어 세레스에서 생명체의 원료 역할을 할 수 있는 유기화합물의 증거도 발견했다.
그러나 세레스는 거주가능성과 관련해 따라붙는 질문이 너무 많기 때문에 이 순위에서 9위를 차지했다. 지하수와 유기물의 증거는 여전히 아주 새로운 것이다. 이런 것들이 존재하더라도, 실제로 물과 유기물이 생명체가 되는 방식으로 반응하도록 도움을 줄 수 있는 열과 에너지의 원천이 필요할 것이다. 그리고 설령 이런 일이 일어났다고 해도, 생명체를 발견한다는 것은 적어도 지하 40km를 굴착해 바다에 접근해서 연구해야 한다는 것을 의미한다. 마지막으로 세레스는 지구의 13분의 1보다 더 작다. 아직 약한 중력이 왜소행성의 생명체에 어떤 영향을 미칠 수 있을지는 확실하지 않지만, 만약 지구가 생명체의 거주 가능성에 대한 우리의 나침반이라면 세레스의 작은 크기는 아마 유리한 조건은 아닐 것이다. 이 왜소행성을 연구하기 위한 새로운 향후 임무계획이 부족하지는 않다. 여기엔 심지어 샘플 귀환 임무를 시도하고자 하는 계획도 포함돼 있다. 그러나 당장은 아무 계획도 추진되지 않을 것이다.
8. 이오(Io)
400개가 넘는 활화산을 자랑하는 이오는 태양계에서 지질학적으로 가장 활발한 천체다. 이 모든 활동은 이오의 내부가, 목성과 목성의 다른 위성들 사이에서 중력에 의해 당겨지면서 생성되는 조석가열(tidal heating)로 발생한다고 여겨진다. 이 화산활동으로 황과 이산화황의 서리가 위성 전체를 뒤덮고, 더불어 매우 얕은 이산화황 대기도 형성된다. 이오에는 지하에 바다도 있을지 모르지만, 이 지하 바다는 물이 아니라 마그마로 되어 있을 것이다.
이오에 생명체가 있을 가능성은 매우 낮다. 그러나 이 모든 열은 약간 고무적인 신호다. 화산활동에 압도되지 않는 표면이나 지하의 장소가 있을 수 있다. 강인한 생명체가 생존할 방법을 찾아냈을 만한 더 온화한 곳 말이다. 이런 지점을 직접 연구할 수는 없을 테지만 탐사선이 운이 좋으면, 생명체의 증거를 찾을 수 있을지 모른다.
말처럼 쉽지는 않다. 이오를 연구할 수 있는 가장 좋은 기회는 이보(IVO, Io Volcano Observer)라는 NASA의 임무 계획을 통해서다. 이 임무는 만약 승인 받을 경우 2029년에 발사하여 이오를 10번 근접비행할 예정이었다. 그러나 트라이던트와 마찬가지로, 이보도 승인 받을 기회를 놓고 함께 경쟁했다가, 2개의 금성탐사 미션에 패배했다.
7. 칼리스토(Calisto)
목성의 위성인 칼리스토가 흥미로운 이유는 태양계에서 가장 오래된 표면을 가지고 있기 때문이다. 하지만 이는 거주가능성 면에서 그다지 큰 의미는 없다. 이 면에 있어 칼리스토가 빼어난 점은, 지하 250km 깊이에 거대한 바다가 있을 것으로 생각되는 또 하나의 위성이라는 점이다. 또한 칼리스토에는 수소와 이산화탄소, 산소로 이루어진 얇은 대기층이 있는데, 이는 거주가능성이 있는 다른 대부분의 태양계 위성들보다 더 다양하고 더 지구와 비슷한 대기 구성이다.
그럼에도 불구하고 칼리스토에 생명체가 존재할 가능성은 다른 천체들만큼 크지 않다. 다시 말해, 여전히 이곳은 꽤나 춥기 때문이다. 우리가 다음으로 칼리스토를 실제 탐색할 수 있는 가장 좋은 기회는 유럽우주국(European Space Agency)의 주스(JUICE, Jupiter Icy Moon Explorer)로, 내년에 발사하여 목성 위성 3개를 탐사할 예정이다. ‘주스’는 임무 수행 중에 칼리스토를 몇 차례 근접비행할 것이다.
6. 가니메데(Ganymede)
목성의 궤도를 도는 가장 큰 위성이자, 태양계에서 가장 큰 위성인 가니메데는 얼음으로 뒤덮여 있다. 그러나 이 표면 아래 지구의 모든 바다를 합친 것보다 더 많은 물이 들어 있을지도 모를 광범위한 소금물 바다가 있다. 당연히 이 모든 물은 과학자들에게 이 위성에 어떤 종류의 생명체가 존재할 수 있다는 희망을 품게 한다. 가니메데에는 심지어 아주 희박한 산소 대기도 있다. 이는 특별히 내세울 건 없지만 뭔가 교묘한 일이다. 그리고 가니메데는 태양계에서 다른 어떤 위성도 가지고 있지 않은 자기장을 가지고 있다. 자기장은 태양에서 방출되는 유해한 방사선으로부터 위성을 보호하는 데 매우 중요하다.
그러나 가니메데는 완벽하지 않다. 지하 바다는 연구하기 어렵기 때문에, 이 위성에 생명체가 있다 한들 그것을 찾아내는 데 어려움을 겪을 것이다. 게다가 지금까지 가니메데 연구를 위한 전용 미션은 없었다. 그래도 ‘주스’ 미션이 2032년에 가니메데 궤도에 진입하면 이 위성에 대한 가장 심층적인 조사가 될 것이다. 이 조사는 표면을 자세히 내려다보고, 레이더를 사용해 내부를 연구하고, 과학자들에게 가니메데의 잠재적 거주가능성에 대한 실마리를 제공하는 기회가 될 것이다.
5. 금성(Venus)
여기 중간 지점부터 좋은 본보기들이 나오기 시작한다. 금성은 표면 온도가 납을 녹일 정도로 뜨겁고 표면 압력이 지구에서 우리가 경험하는 것보다 80배 이상 가혹하다. 그럼에도 불구하고 아마 금성에는 생명체가 존재할 것이다! 이런 전망은 작년에 연구원들이 매우 두꺼운 금성 대기에서 포스핀(PH3, 인화수소화합물) 가스를 검출했을 때 불이 붙었다. 지구상에서 포스핀은 주로 산소가 부족한 생태계 생물체에 의해 자연적으로 만들어진다. 이 때문에 금성에도 포스핀을 만들어내는 생물체가 있을 수 있다는 가능성이 높아진다. 그리고 가장 가능성이 높은 시나리오는 구름 속에 떠 있는 미생물일 것이다. 기본적으로 공기로 운반되는 생명체 말이다. 이제 포스핀 검출은 면밀한 조사를 받게 됐고, 공중에 떠 있는 생물체에 대한 아이디어는 꼭 모든 과학자들이 지지할 수 있는 것은 아니다. 그러나 이 연구와 금성의 물의 역사를 탐구한 다른 연구는 금성에 한때 생명체가 존재했을지도 모른다는 생각과 지금도 여전히 존재할지도 모른다는 생각에 많은 관심을 불러일으켰다. NASA가 2020년대 후반에 착수할 예정인 새로운 다빈치+(DAVINCI+)와 베리타스(VERITAS) 미션은 생명체를 찾지 않을 것이지만, 이 질문에 더 구체적으로 답할 수 있게 하는 데 도움이 될 것이다.
4. 엔셀라두스(Enceladus)
토성의 위성 중 6번째로 큰 이 위성은 깨끗한 얼음으로 완전히 덮여 있어 태양계에서 빛을 가장 많이 반사하는 천체 중 하나가 됐다. 표면은 얼음처럼 차갑지만, 그 아래에서는 꽤 많은 활동이 일어나고 있다. 이 위성은 소금물과 암모니아, 메탄과 프로판 같은 유기분자를 포함하여 무수히 많은 각종 화합물을 함유하고 있는 물기둥을 분출한다. 엔셀라두스에는 염분이 많은 광대한 바다가 있을 것으로 생각된다. 그리고 NASA는 지하 깊은 곳에서 열수 활동(hydrothermal activity)*의 증거를 발견했다. 이는 생명체가 진화하고 번성하는 데 필요한 열원을 매우 잘 제공할 수 있다.
*심해저에서 마그마로 데워진 뜨거운 물이 밖으로 분출하는 활동
어떤 면에서는 엔셀라두스가 타이탄보다 더 높은 순위에 있어야 한다. 단, 지금 당장 엔셀라두스를 연구할 임무 계획이 없다는 사실만 아니라면 말이다. 지난 몇 년간 NASA 산하의 몇몇 제안들을 포함해 많은 제안들이 논의돼왔다. 모든 제안이 엔셀라두스에서 생명체가 생존할 수 있다는 징후를 보다 면밀히 살펴볼 우주생물학적 조사에 맞춰져 있다. 땅을 굴착해 바다 속으로 파고드는 것이 이 위성에서의 생명체 존재 여부를 확인하는 가장 확실한 방법이다. 하지만 우리는 또한 호기를 노려 엔셀라두스의 얼음화산(cryovolcanoes, 용융 암석이 아니라 물이나 암모니아 같은 기화된 물질을 뿜어내는 화산)에 의해 분출되는 생명지표(biosignatures)를 발견할 수 있을지도 모른다. 그러나 오랫동안은 없을 것이다.
3. 타이탄(Titan)
토성의 가장 큰 달인 타이탄은 태양계의 나머지 천체들과는 다르다. 이 위성은 지구와 금성 밖 태양계에 있는 암석형 천체 치곤 가장 두꺼운 대기층을 가지고 있는 편이다. 타이탄은 호수, 강, 바다 등 다양한 형태를 한 액체로 가득 차 있다. 그러나 물로 되어 있는 것은 아니다. 메탄과 다른 탄화수소들로 만들어져 있다. 타이탄은 유기물질이 매우 풍부하기 때문에 생명체에게 필요한 원료가 이미 풍족하다. 그리고 타이탄도 지하에 바다를 가지고 있을지도 모른다. 이는 입증돼야 할 것이다.
과학자들은 이제 막 미션을 준비했다. 바로 NASA 드래곤플라이(Dragonfly) 임무다. 이 임무는 드론 헬리콥터를 보내 타이탄의 대기를 직접 탐사하여, 정확히 타이탄의 ‘생물 발생 이전의 화학(prebiotic chemistry)’ 작용이 얼마나 발달했는지에 대해 매우 필요한 골자를 제공해줄 것이다. 이 미션은 2027년에 발사해 2034년에 타이탄에 도착할 예정이다.
2. 유로파(Europa)
목성의 위성인 유로파는 15~25km 두께의 얼음 표면을 가지고 있고 그 아래에 거대한 지하 바다가 잠겨 있으며 이 바다는 조석력(tidal forces)에 의해 가열된다. 이런 가열은 계속 물이 돌게 하고 정기적으로 얼음 표면을 보충해주는 내부 순환 체계를 만드는 데 도움이 될 것으로 생각된다. 이는 해저가 표면과 상호작용하고 있다는 것을 의미한다. 즉, 이 지하 바다에 생명체가 존재하는지를 확인하려고 할 경우 반드시 그 아래로 내려갈 필요가 없을지도 모른다는 뜻이다. 과학자들은 유로파에서 유기물질과 관련된, 점토 같은 광물 침전물을 발견했다. 그리고 방사선이 얼음 표면에 닿으면 산소가 생성돼 지하 바다로 흘러 들어가고, 이 산소를 새로 생겨난 생명체가 이용할 수 있을 것으로 추측된다. 생명체를 위한 구성성분들이 잠재적으로 여기에 다 있다.
운 좋게도, 우리는 유로파를 아주 상세히 연구할 준비가 됐다. ‘주스’는 목성계에 있는 동안 유로파를 2번 근접비행할 예정이다. 그러나 예정돼 있는 가장 유명한 미션은 유로파클리퍼(Europa Clipper)다. 이 우주선은 저공비행을 수행하면서 유로파 표면을 연구해 특성을 파악하고, 지하 환경을 최대한 조사할 것이다. 클리퍼는 2024년에 발사해 2030년에 유로파에 도달할 예정이다.
1. 화성(Mars)
화성이 1위를 차지한 데는 몇 가지 이유가 있다. 우리는 수십억 년 전, 화성 표면에 액체 상태의 물로 된 호수와 강이 있었을 때, 화성에 생명체가 서식할 수 있었다는 것을 알고 있다. 그 당시에는 두꺼운 대기층이 있어 따뜻하고 안락하게 지낼 만한 곳이었다는 것도 알고 있다. 그리고 현재 화성 탐사 로버 퍼시비어런스(Perseverance)가 화성 표면에서 임무를 수행하고 있고, 퍼시비어런스의 명확한 목표는 옛 생명체의 흔적을 찾는 것이다. 이 탐사로버는 심지어 실험실 연구를 위해 언젠가 지구로 가져올 샘플도 확보하려고 한다.그렇다면 이는 현재의 생명체를 찾는 일과 무슨 관련이 있나? 옛 생명체의 흔적이 있다면, 화성에 여전히 생명체가 존재할 가능성이 있다. 아마 표면에 있는 게 아니라 지하에 있을 것이다. 이미 레이더 관측을 이용한 몇 가지 큰 연구들이 진행되고 있어, 표면에서 몇 킬로미터 아래에 액체 상태 물로 된 저수지가 존재할지도 모른다는 것을 보여준다. 지구에서 박테리아가 비슷한 조건에서 생존한다는 것을 발견했기 때문에 화성의 비슷한 곳에서도 무언가 생존하고 있을 가능성도 충분히 있다. 거기까지 내려가는 일은 대단히 어려울 것이다. 하지만 이 저수지에 무언가가 숨어 있다고 믿을 만한 이유가 있다면, 그곳에 가서 직접 볼 수 있는 방법을 찾아내는 데 우리 모두가 힘을 합쳐야 할 것이다.
