By RAMIN SKIBBA, WIRED US

천문학계는 이미 제임스 웹 우주망원경(James Webb Space Telescope)을 사용해 최초의 은하계를 엿볼 가능성을 시사하는 이미지를 포함해 우주의 경이로운 모습을 발견했다. 그러나 노스애리조나대학교 천문학자인 앰버 영(Amber Young) 박사는 다음 우주 망원경 세대를 기대한다. 영은 다음 세대의 우주망원경이 적어도 다양한 미생물종과 같이 외계 생명체가 서식할 확률이 가장 높은 우주 세계를 찾기를 바란다.

영 박사의 연구팀은 다른 행성의 특정한 여러 조건을 찾는 데 사용할 판단 트리 공식을 생성했다. 판단트리는 기본적으로 흐름도를 의미한다. 연구팀은 판단 트리를 이용해 생명체 특성이나 생명체 존재 가능성이 가장 높은 곳을 우선순위로 평가한다. 또, 연구팀은 생명체의 존재 방식을 두고 지구 역사를 학습한다. 

자신이 이끄는 연구팀의 연구 결과를 미국 천문학 학회(American Astronomical Society)에 발표한 영 박사는 "지구와 같은 외계 행성을 찾기 위한 전략을 기술했다. 단순히 오늘날 지금 당장 알고 있는 인간 생명체 연구에 국한하지 않는다"라며, "지구 역사에는 생명체가 존재했던 몇 가지 세대가 존재한다. 과거 다른 생명체가 존재했던 시대는 현재와 대기가 매우 달라 다른 세계에 존재할 수도 있는 여러 생명체와 관련된 사항을 설명할 수 있을 것이다"라고 말했다. 

영 박사는 예시로 약 40억~25억 년 전, 미생물체가 지구에 확산되기 시작한 시대인 지구의 시생대를 언급했다. 당시 미생물은 대기를 메탄과 이산화탄소가 대기를 가득 채운 상황에서 혹은 그와 같은 조건에도 불구하고 미생물이 확산되기 시작됐다. 그 후 대기의 산소가 급격히 증가하기 시작하면서 더 크고 복잡한 유기체가 번성하기 시작한 원생대가 이어졌다.
 
오늘날 대다수 천문학자는 대기 수증기와 산소가 행성에 생명체가 존재할 가능성을 시사하는 두 가지 지표라고 설명했다. (메탄과 수치가 너무 높지 않은 이산화탄소가 보통 목록 옆에 등장하며, 간혹 아산화질소와 황가스 수치를 함께 표시한다.) 천문학자가 시생대로 거슬러 올라가 지구 대기를 살펴보면, 물과 메탄이 존재할 가능성을 발견해도 산소가 존재할 가능성은 찾지 못한다. 지구에서 번성하는 생명체와 생명 친화성 가능성을 인지하지 못하기 때문이다. 바로 영 박사가 자체적으로 판단 트리를 생성한 이유이다. 대기가 오늘날 지구와 다르더라도 수십억 년에 걸친 진화 과정 중 어떤 단계라도 외계 행성에서 생명체 존재 가능성을 찾기 위한 노력이다.

판단 트리 개념을 긍정적으로 평가하는 캘리포니아대학교 리버사이드 캠퍼스 소속 미생물학자인 팀 라이온스(Tim Lyons)는 "산소는 20억 년 이상 지구의 초기 생성 가능성을 넘어선 시대를 감지할 수 없다. 전형적인 거짓 음성 반응이다"라고 설명했다. 또, 메탄이나 산소 중 원생대 시대에 매우 먼 곳에서 풍부하다는 사실을 감지하기 충분하지 않다고 지적했다. 

현재 외계 행성의 생명체 친화성과 같은 외부 요소를 평가할 때, 과학계는 먼저 모항성을 보고는 항성 플레어 방출량이 많지 않다는 부분을 확인한다. 그리고 궤도를 검색해 기온이 너무 낮거나 높지 않아 행성 표면에 물이 흐를 수 있는 이상적인 생명체 거주 영역에 해당하는지 평가한다.  

그다음 단계에서는 더 어려운 과정이 시작된다. 천문학자는 영 박사 연구팀의 판단 트리를 이용해 대기 중 수증기 양이 많은가 확인한다. 지하에 실제로 물이 존재할 가능성을 나타내기 때문이다. 그렇다면, 제임스 웹 우주망원경이 장착한 것과 같은 분광기를 이용해 적외선 파장으로 행성 대기를 스캔한다. 

다음 단계는 분광기를 이용해 산소나 메탄과 같은 핵심 분자를 찾는 것이다. 천문학자가 찾아낸 핵심 분광기 양은 이산화탄소나 오존 등 각각의 대기 형태를 예측하는 데 사용한다. (예를 들어, 다른 세계에서도 발생할 가능성이 있는 광합성은 산소를 생성한다. 산소에 사용하는 유기체는 일반적으로 이산화탄소와 물을 생성하며, 박테리아와 같은 일부 미생물은 메탄을 생성한다. 
 
가능하다면, 단 한 가지 생명체 특성이 아닌 잠재적인 생명체 특성 모두 예측하는 것이 가장 좋다. 그러나 망원경 분광기의 파장 범위 의존도는 매우 민감한 일이므로 다른 것보다 일부 분자의 풍부함을 측정할 수 있을 것이다. 영 박사 연구팀의 판단 트리는 분자의 모든 경로를 도식화하는 일은 현대 지구와 비슷한 세계나 지구의 과거 모습, 혹은 전혀 다른 무언가를 알리는 역할을 할 것이다. 

또, 외계 생명체를 찾는 데 목성과 같은 가스형 행성이나 토성의 최대 위성인 타이탄(Titan)과 같은 해양 세계, 자매 위성 엔셀라두스(Enceladus) 등을 활용한다. 시애틀 블루마블 우주과학연구소의 미생물학자인 켄 윌포드(Ken Williford) 박사는 "전략적으로 이미 알고 있는 생명체를 찾는 것이 타당하다. 곳곳에 흥미로운 증거가 많지만, 인간은 생명체가 서식하는 행성 단 한 곳의 예시만 알고 있다.

우드는 화성의 과거 생명체 서식 징조를 찾고는 추후 과학계가 생각하는 물이 흘렀던 해안 지대로 향할 미국 항공우주국(NASA)의 퍼서비어런스(Perserverance) 탐사선을 이용해 연구 중이다. 화성이 고대 지구와 같다는 사실을 찾는다면, 얕은 해양 환경의 잔해는 탐사선에 미생물이 층을 이룬 공동체인 화석화된 미생물 매트(microbial mat)를 파낼 기회를 줄 수 있을 것이다.

그러나 영 박사의 판단 트리를 따른다면, 일부 행성 탐사 후 모호한 결과를 얻을 수밖에 없을 것이다. 일각에서는 생명체 존재 가능성을 시사하는 조짐 발견을 독려하지만, 불확실한 부분도 존재할 것이다. 캘리포니아대학교 산타크루즈 캠퍼스 소속으로 천문학 컨퍼런스에서 연구 결과를 발표한 매기 톰슨(Maggie Thompson) 박사가 언급한 바와 같이 생명 친화성 신호가 실제로 메탄이 생성한 화산과 같이 비유기성 존재에서 비롯되었다는 조짐이 분명하게 드러난다면, 거짓 양성을 피하는 것이 중요하다.  

예를 들어, 타이탄 대기는 메탄 연기가 자욱하지만, 극저온이라는 조건과 물이 없다는 조건 탓에 생명체가 존재하지 않을 것으로 보인다. (단순히 가능성을 시사할 뿐이다. 타이탄에는 여태껏 본 적이 없는 기이하면서도 메탄 호수 속에서 생존할 수 있으며, 아세틸렌을 먹고 산소가 아닌 수소로 호흡하는 미생물이 서식할 수도 있다. 그러나 NASA가 회전 날개 항공기인 드래곤플라이(Dragonfly)를 생명체 존재 가능성 조사 목적으로 타이탄에 발사하기 전까지 자세한 정보를 알 수 없다.)

그런데도 메탄은 여전히 물을 보유한 따뜻한 행성을 중심으로 생명체 서식 가능성이 있는 외계 행성의 핵심 생명 존재 특성이다. 톰슨 박사는 "메탄과 관련한 흥미로운 사실은 메탄이 생명체가 사용하고 생성할 수 있는 비교적 간단한 요소라는 사실이다"라고 말했다. 이제 첫 번째 외계 행성을 감지한 제임스 웹 우주망원경은 근적외선 분광기 덕분에 생명체 서식 가능성을 찾으려는 노력에 유용하다는 사실을 입증할 수 있을 것이다. 톰슨 박사는 “메탄은 제임스 웹 우주망원경으로 가지할 수 있는 소수의 가스 물질 중 하나이다. 그러나 제임스 웹 우주 망원경만으로는 생명체 존재 특성이 확실한 행성을 찾아낼 수는 없다”라고 말했다. 

영 박사는 제임스 웹 우주 망원경의 뒤를 이어 등장할 ‘거주 가능 세계 관측 망원경(Habitable Worlds Observatory, HWO)’을 기대한다. HWO는 태양과 같은 항성의 생명체 존재 징조를 찾는 임무와 함께 우주로 발사될 예정이다. (지금까지 천문학계에는 더 위험한 확동을 하는 적색왜성 주위를 도는 가스 행성을 발견하는 것이 상대적으로 더 쉬웠다.) 2022년 12월, NASA 책임자 빌 넬슨은 2030년대에 천문대를 개발할 계획을 발표했다. 새로이 채택할 망원경의 민감성에 따라 영 박사의 판단 트리는 수십 개의 지구와 같은 세계를 관측할 수 있다는 점을 보여준다. 

또, 영 박사는 인간이 알지 못하는 삶을 열린 마음으로 지켜본다. 판단 트리는 지구 역사의 어떤 단계와도 비슷한 점이 없는 것으로 보이는 행성을 위한 가지를 포함한다. 영 박사는 “분류할 수 없는 놀라운 상황을 관측할 가능성에 대비하고자 한다. 분류가 모호한 행성 범주를 추가하고, 흥미로운 대상으로 분류해보자”라고 말했다. 

** 위 기사는 와이어드US(WIRED.com)에 게재된 것을 와이어드코리아(WIRED.kr)가 번역한 것입니다. (번역 : 고다솔 에디터) 

<기사원문>
Why the Search for Life in Space Starts With Ancient Earth