별과 우주 5강. 외계행성과 생명

30년 전 인류가 아는 행성은 태양계의 것뿐이었습니다. 지금은 수천 개죠. 다음 질문은 하나입니다. 거기 누가 있을까요.

풀고 시작

1995년, 페가수스자리에서

태양 아닌 별에도 행성이 있으리라는 추측은 오래되었지만, 증명은 1995년에야 왔습니다. 스위스의 마요르(Mayor)와 켈로스(Queloz)는 페가수스자리 51번 별의 빛이 미세하게 흔들리는 것을 포착했죠. 행성이 별을 돌면 별도 공통 무게중심을 따라 조금씩 움직이고, 그 움직임이 별빛의 도플러 편이로 나타납니다. 이것이 시선속도법(radial velocity method)입니다. 그렇게 발견된 페가수스자리 51b는 충격적인 천체였습니다. 목성급 거대 행성이 수성보다 훨씬 안쪽에서 단 4.2일 만에 별을 도는, 이른바 뜨거운 목성이었거든요. 태양계를 표준으로 삼던 행성 형성 이론이 흔들렸고, 두 사람은 2019년 노벨 물리학상을 받았습니다.

두 번째 무기가 앞의 퀴즈에 나온 트랜싯법(transit method)입니다. 행성이 별 앞을 지날 때 생기는 미세한 밝기 감소를 잡아내는 방법으로, 대량 탐색에 압도적으로 유리하죠.

케플러가 연 행성의 시대

2009년 발사된 케플러 우주망원경은 한 하늘 영역의 별 수십만 개를 동시에 응시하며 트랜싯을 찾았고, 홀로 2600개가 넘는 행성을 확인했습니다. 인류가 확인한 외계행성은 2022년 5000개를 넘어섰죠. 통계가 말해 주는 그림은 분명합니다. 행성은 예외가 아니라 규칙입니다. 우리 은하의 별 대부분이 행성을 거느리며, 지구만 한 암석 행성도 흔합니다.

그래서 탐색의 초점은 골디락스 존(생명 거주 가능 영역)으로 옮겨 갔습니다. 별에서 너무 가깝지도 멀지도 않아 표면에 액체 물이 존재할 수 있는 거리의 띠죠. 다음 단계는 그런 행성의 대기 분석입니다. 행성이 별 앞을 지날 때 별빛이 대기를 통과하며 남기는 흡수선을 읽으면 대기 성분을 알 수 있고, 제임스 웹 우주망원경이 실제로 이 작업을 하고 있습니다. 산소와 메탄처럼 생명 활동 없이는 함께 유지되기 어려운 기체 조합, 즉 생물지표(biosignature)가 발견된다면 그것이 외계 생명의 첫 간접 증거가 될 겁니다. 다만 아직 확정된 사례는 없습니다.

드레이크 방정식과 페르미 역설

1961년 전파천문학자 드레이크(Drake)는 우리 은하에서 교신 가능한 문명의 수를 추정하는 드레이크 방정식을 제안했습니다. 별의 탄생률, 행성을 가진 비율, 생명이 발생할 확률, 문명의 평균 수명 같은 항들의 곱이죠. 답을 주는 공식이라기보다 무엇을 모르는지를 정리한 목록에 가깝고, 뒤쪽 항들은 지금도 추정조차 어렵습니다.

반대편에는 물리학자 페르미(Fermi)가 1950년 동료들과의 점심에서 던졌다는 질문이 있습니다. 은하의 나이를 생각하면 문명이 흔해야 할 텐데, "그럼 다들 어디 있는가"라는 거죠. 이것이 페르미 역설입니다. 생명 발생 자체가 극히 드물다는 답부터, 문명은 스스로를 오래 유지하지 못한다는 답까지 수많은 해석이 경쟁하지만 확인된 것은 없습니다.

발밑에서 우주 끝까지

이 서가는 발밑의 암석과 판의 움직임에서 시작해 대기와 바다, 태양계를 지나 별의 일생과 은하, 우주의 역사까지 걸어왔습니다. 마지막 강에서 우리는 다시 지구를 봅니다. 수천 개의 행성을 알게 된 지금까지도, 생명이 확인된 곳은 이 창백한 푸른 점 하나뿐입니다. 그 사실은 지구가 평범한 행성 중 하나라는 겸손과, 아직까지는 유일하게 살아 있는 행성이라는 책임을 동시에 가르쳐 주죠.

인출 문제

생각해볼 질문 (정답 없음)

• 생물지표가 발견되어도 그것이 생명의 증거인지 화학 작용의 결과인지 어떻게 구별할 수 있을까요.
• 페르미 역설의 답이 "문명은 스스로를 오래 유지하지 못한다"라면, 그 답은 지구 문명에 무엇을 요구할까요.

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