외계 생명체를 찾는 과정에서 인간은 주로 관측을 한다. 그러나 코넬대학교 천문학자인 리사 칼테네거(Lisa Kaltenegger) 박사는 우주에서 인간을 감시하는 생명체가 존재하는지 알아내려 했다. 칼테네거 박사는 “지구인을 외계인으로 생각하는 존재가 있지 않을까?”라는 질문을 했다.
이에, 칼테네거 박사는 뉴욕에 있는 미국 자연사 박물관의 하이든 천문관 소속 천체물리학자인 재키 파허티(Jackie Faherty) 박사의 도움을 받아 지구인 탐사에 나서는 외계인을 찾는 연구에 참여했다. 칼테네거 박사와 파허티 박사는 과거에 외계 생명체가 거주했거나 현재 혹은 미래에 거주할 수도 있는 행성을 찾기 위한 연구 작업을 진행했다. 외계 생명체 거주 행성을 찾는 과정은 향후 인류가 이주할 행성을 찾는 기회가 될 수도 있다. 다시 말해, 외계 생명체가 거주했거나 거주할 가능성이 있는 행성은 지구가 해당 행성 앞을 교차하거나 통과할 때, 태양계의 밝기가 관측하기에는 약간 어두워 보이는 지점에 있다는 의미이다. 이는 지구인이 태양계 바깥에 존재하는 행성을 찾는 데 성공할 확률이 가장 높은 방식이다. 또, 행성이 각자 모항성 주변을 공전하면서 인간이 천문학 관측 장비를 통해 관측할 수 있는 작은 빛을 생성하기도 한다.
2021년 6월, 칼테네거 박사와 파허티 박사는 권위 학술지인 네이처(Nature)에 이미 지구를 발견했거나 앞으로 지구를 발견하기 적합한 행성 목록과 함께 연구 결과를 공식 발표했다. 지구 문명이 처음 꽃을 피우기 시작한 5,000년 전부터 시작해 향후 5,000년 후까지 시간 범위를 적용한 결과, 총 2,000개가 넘는 별을 발견했다. 이번 연구는 외계 행성을 발견하는 데 몰두하는 전문가에게 주목해야 할 행성을 지목할 뿐만 아니라 우주 나머지 영역에서 지구를 발견할 가능성이라는 독특한 한편 논란의 여지가 있으면서 완전히 신뢰하기는 어려운 새로운 관점에서 자원을 제시한다. 파허티 박사는 “일부 행성이 지구를 관측했다고 생각한다”라며, 다른 행성에서도 추가로 지구를 발견할 수 있다는 다소 기이한 기분을 전했다. “외계에서 발견할 수 있는 행성에 거주하는 것을 원하는가?”
칼테네거 박사의 연구에 참여하지 않은 스탠퍼드대학교 천문학자인 브루스 매킨토시(Bruce Macintosh) 박사는 “칼테네거 박사 연구팀의 연구는 모든 천체가 정교한 발레 동작을 하듯이 우주에서 움직인다는 사실을 생각하는 매우 훌륭한 과학적 서사이다”라는 의견을 남겼다. 칼테네거 박사 연구팀의 연구는 시간의 흐름에 따라 천체의 관측 지점을 바꾸는 최초의 연구로, 우주의 현재 위치만 기준으로 두고 진행한 과거의 여러 연구를 기반으로 한다. 매킨토시 박사는 “앞으로 5,000년 후 우주의 모습을 그리는 동시에 모든 별이 지구를 떠돌아다니며 사라지는 모습을 상상해볼 수 있다”라고 설명했다.
칼테네거 박사 연구팀이 이번 연구에서 새로운 내용을 발견할 수 있었던 것은 별 10억여 개의 위치와 속도를 나타낸 3차원 지도를 제작한다는 야심 찬 궤도 관측 임무인 유럽 우주국(European Space Agency)의 가이아 탐사에서 새로운 데이터가 공개된 덕분이다. 연구팀은 파허티 박사가 별의 움직임을 시각화하는 데 사용하는 천체 소프트웨어를 결합해, 지구 통과 영역에 별이 정확히 2,034개 존재한다는 사실을 확인했다. 연구팀이 발견한 상당수 별 주변에 외계 생명체가 거주할 가능성을 지닌 행성이 공전하며, 외계 생명체의 기술이 충분히 발전했다면 적어도 1,000년간 지구의 존재를 김지했을 수도 있다. 칼테네거 박사는 “우주의 시간 규모와 비교하면, 1,000년이라는 시간은 레이더가 순식간에 깜빡이는 정도로 짧은 순간이다”라고 설명했다.
칼테네거 박사는 인간의 생애에 걸쳐 천문학계가 외계 행성을 자세히 관측하는 데 필요한 장비를 개발할 시간이 충분하다고 말한다. 칼테네거 박사와 파허티 박사는 다른 여러 천문학자가 지구를 관측할 수 있는 외계 행성 목록을 활용해, 특히 널리 알려지지 않거나 제대로 연구가 이루어지지 않은 천체 등 새로운 행성을 발견하기를 바란다. 이 과정에서부터 미국 항공우주국(NASA)이 2021년 말에 진행할 제임스 웹 우주 망원경(James Webb Space Telescope) 탐사 계획과 같은 대규모 탐사 임무를 행성 대기 연구와 생명체 존재 증거 발견에 활용할 수 있다. 칼테네거 박사는 “이번에 공개한 지구를 관측할 수 있는 외계 행성 목록은 학계의 연구를 기다리는 일종의 보물 상자와 같은 존재이다. 학계의 다른 전문가의 새로운 발견 소식을 기다린다”라고 말했다.
[사진=Unsplash]
지금까지 많은 과학자가 발견한 TV, 라디오 방송 등을 통해 지난 100년간 의도하지 않게 지구에서 우주로 전송된 신호를 이미 감지했거나 앞으로 감지할 수 있을 정도로 지구와 가까운 별은 총 75곳이다. 향후 42개 별이 추가로 지구의 신호를 감지할 수 있는 영역에 들어올 수 있으며, 그중 하나는 30년 이내에 해당 영역에 진입할 것으로 보인다. 또, 지구와 같은 암석형 행성 최소 29개가 일시적으로 물이 존재할 수 있는 별의 서식 가능한 영역 안에 존재한다고 추산한다. (서식 가능한 영역에 포함된 별 중 4개는 과거에 발견되었다.)
여기서 한 가지 질문을 할 수 있다. 인간은 지구를 관측할 수 있는 외계인과 교신해야 할까? 아니면, 지구인의 존재를 숨기는 것이 맞을까? 하버드대학교 천체물리학자인 존 애셔 존슨(John Asher Johnson) 박사는 외계 생명체에서 지구인의 존재를 숨기는 것은 옳지 않다고 주장한다. 만약, 고등 외계 생명체가 존재한다면, 지구인을 찾을 수 있다. 존슨 박사는 “인간은 전 세계에 걸쳐 전파 신호 전송에 크게 의존하는 문명을 형성했다”라고 언급했다. 전파 신호는 지구에 고정된 안테나에만 제한된 것이 아니라 수백만 광년 떨어진 우주의 전 영역에서 신호를 받을 수 있다. 수백만 광년이라는 거리는 신호가 우주를 통해 계속 이동함과 동시에 시간이 지나면서 증가한다. 이 과정을 거치면서 외계 생명체가 지구를 발견할 확률이 증가한다. 외계인 존재를 찾아 나서는 지구인은 지난 20년간 SETI 연구소(SETI Institute)가 개발한 것과 같은 기법을 사용하면서 우주에 비슷한 신호를 전송했을 수도 있는 외계 행성의 문명을 찾으려 전파 망원경의 데이터를 분석했다.
맥킨토시 박사는 1만여 년에 걸쳐 외계 생명체가 지구의 존재를 찾지 못하도록 숨기기에는 늦었다는 주장에 동의한다. 지구와 비슷하거나 더 우수한 기술을 보유한 외계 행성에서 인간이 배출하는 이산화탄소와 함께 발생한 대기권의 변화를 발견했을 수도 있기 때문이다. (2021년 초, 다른 연구팀이 외계 행성의 스모그를 통해 외계 생명체를 찾을 수 있다고 주장하는 논문을 게재했다) 매킨토시 박사는 외계인이 인간의 우주 탐사와 똑같은 기술을 동원해 지구 탐사에 나섰다고 가정하는 것은 지나치게 인간 중심적인 접근 방식이라고 주장한다. 현재, 대다수 외계 행성은 위치 변화를 통해 발견한다. 그러나 20년 전에는 달랐으며, 미래에도 외계 행성 발견 방식이 지금과 크게 달라질 수 있다”라고 설명했다.
맥킨토시 박사가 이끄는 연구팀은 모항성의 빛을 차단하는 ‘직접 가시화(direct imaging)’ 수단을 동원해, 행성 옆의 희미한 점인 적외선 사진을 촬영한다. 직접 가시화는 매우 어려우며, 성공하지 못할 때가 많다. 별이 주변 행성보다 훨씬 더 밝기 때문이다. 그러나 직접 가시화에 성공한다면, 천체의 움직임을 기준으로 하는 것보다 훨씬 더 유연한 접근방식을 채택할 수 있다. 이 과정에는 별과 행성, 관측자 간의 특별한 방향을 계산할 필요가 없기 때문이다. 천체 이동 움직임 기법이 큰 인기를 얻는 행성 발견 방식이지만, 파허티 박사는 별과 행성, 지구의 일치가 정확히 일직선이 될 확률이 희박하다고 말한다.
행성의 움직임 관측은 질량이 낮은 별 주변의 궤도를 도는 행성을 찾기 좋지만, 해당 영역만 관측할 가치를 지녔다는 의미는 아니다. 향후 20년간 망원경 기술 발전 제안이 이어진 상황에서 맥킨토시 박사는 직접 가시화가 지구와 같이 질량이 큰 별 주변의 궤도를 도는 먼 곳의 행성을 찾기 좋은 방식이라고 생각한다. 매킨토시 박사는 “행성의 움직임을 관측하는 것을 두고 ‘등잔 밑이 어둡다’라고 말하기 좋을 수도 있다”라고 주장하며, 직접 가시화가 행성을 발견하기 가장 쉬운 방법이라고 말했다.
생명체가 서식할 수 있는 영역 중, 그동안 제대로 탐험하지 못한 영역은 밀도가 높은 별의 시체인 백색 왜성 주변 영역이다. 2020년, 백색 왜성 궤도를 회전하는 목성 크기의 행성을 발견하자 많은 과학자가 예상하지 못한 곳에 생명체가 존재할 가능성을 다시 생각하게 되었다. 칼테네거 박사는 “수명을 다한 별 주변에도 생명체가 존재한다면, 미래의 우주 모습은 지금 생각하는 것보다 훨씬 더 흥미로울 것”이라고 말했다. 칼테네거 박사는 파허티 박사와 함께 이번 연구에서 천문학자가 관측할 만한 지구를 발견할 가능성이 있는 별에 포함된 백색 왜성 수백 개를 발견했다.
칼테네거 박사와 파허티 박사는 2022년 12월이면 가이아 데이터가 새로이 공개되리라 예상하고, 연구 확대 계획을 세우고 있다. 추가 연구를 통해 지구를 향하거나 지구에서 멀어지는 별의 움직임과 관련, 그동안 놓친 정보를 보완할 수 있을 것이다. 따라서 칼테네거 박사와 파허티 박사는 지구가 처음 대기권을 바꾸기 시작한 순간인 20억 년으로 탐험 범위를 확장할 수 있을 것이다.
파허티 박사는 많은 관람객이 우주선을 타고 이륙하면서 과거에는 볼 수 없었던 별의 움직임을 탐험할 수 있도록 하는 하이든 천문관과 더 생생하게 재현한 3D 시뮬레이션을 공유하리라 기대한다. 파허티 박사는 “이번 연구와 함께 대중에게 우주를 설명하면서 천문학자의 실제 우주 연구 과정을 보여주면서 천체 물리학을 이야기할 수 있다”라고 말했다.
한편, 칼테네거 박사와 파허티 박사는 우리은하계 인근 행성 중, 지구를 찾은 행성과 해당 행성의 위치가 시간에 따라 어떻게 변할지 꾸준히 찾고 있다. 지구와 가장 가까운 별을 밤에 항해하는 배와 같다고 설명한다. 지구를 감지할 수 있는 곳과 가장 가까운 거리에 있는 행성에서는 추적 과정을 거치지 않고도 지구를 관측할 수 있을 것이다. 그러나 지구와 먼 곳에 있는 외계 행성은 지구의 움직임을 파악하기 더 쉬우며, 지구와는 다른 방식으로 지구를 관측할 것이다. 성간 거리 신호가 도달하도록 하는 데 이동이 필요하다는 사실을 고려하면, 신호가 사라질 때까지 외계 행성에서 지구를 찾지 못할 수도 있다.
파허티 박사는 “모든 행성이 움직인다는 사실을 상기시켜준다”라고 언급했다. 지구는 태양 주변을 계속 돌고 있으며, 태양은 은하계에서 이동한다. 한 곳에 위치가 고정된 천체는 없다. 파허티 박사는 “관측 지점이 가장 중요하다”라고 덧붙였다.
** 위 기사는 와이어드US(WIRED.com)에 게재된 것을 와이어드코리아(WIRED.kr)가 번역한 것입니다. (번역 : 고다솔 에디터)
![[사진=Unsplash]](/news/photo/202107/3269_4340_2642.jpeg)
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