‘제2의 지구’ 생명체 연구 활발
인류사 가장 극적인 순간 될 듯

세계적인 학술잡지 ‘네이처’가 올해 발간한 첫 호에는 현재 과학자들이 진행하고 있는 실험연구 중 가장 까다롭고 힘든 다섯 가지에 대해 설명한 기사가 실렸다. 이 중 필자의 관심을 가장 잡아끈 주제는 외계생명체의 발견과 관련된 외계행성에 관한 연구였다. 비록 지적 생명체의 형태가 아닐지라도 지구 외의 장소에서 벌어지는 생명현상의 발견은 인류 문명사에 있어서 가장 극적이며 충격적인 전환점을 만들 것임이 분명하기 때문이다.

고재현 한림대 교수·물리학

그렇다면 빛의 속도로 달려도 최소한 수 년에서 수백 년 이상 걸릴 만큼 아득히 떨어져 있는 별의 주위를 도는 행성을 어떻게 찾아내고, 그중 생명체가 살 만한 ‘지구형 행성’을 어떻게 골라내며, 이로부터 생명체가 존재한다는 신호를 어떻게 발견할 수 있을까. 별은 핵융합을 통해 스스로 빛을 내지만 행성은 자기가 도는 항성의 빛을 반사해서 자신의 존재를 드러낸다. 모성에 바짝 붙어 있으면서도 그보다 수십억배나 더 희미한 행성을 망원경을 통해 직접 눈으로 확인하는 것은 현재의 기술수준으로는 어렵다.

1992년 최초로 발견된 목성급의 기체형 행성인 51Peg-b는 ‘도플러효과’를 통해 확인됐다. 행성은 중력을 통해 자신이 돌고 있는 별을 약간 흔들어 놓는다. 별의 흔들림에 따라 별빛은 매우 미세하게 색깔을 바꾼다. 별이 흔들리는 속도는 육상선수가 힘껏 달리는 정도에 불과한데 이러한 속도가 초속 30만㎞에 달하는 빛의 속도에 미치는 미세한 영향을 분석하면 행성의 존재를 확인하고 행성의 공전주기나 질량까지도 계산할 수 있다.

‘행성통과 탐색’은 보다 직관적으로 이해가 가능한 방법인데, 어떤 행성이 별의 주위를 돌다가 일식처럼 지구로 오는 별빛을 약간 가림으로써 야기하는 빛의 밝기 변화를 분석해서 행성의 존재와 특성을 파악한다. 지구 정도의 행성이 별 앞을 지나갈 때 감소하는 빛의 양은 원래 별빛 밝기의 0.01% 정도에 불과하기 때문에 지상에서 이를 측정하는 것은 만만한 일이 아니다. 마지막으로 아인슈타인의 일반상대성이론에서 예측되는 ‘중력렌즈’ 효과도 행성탐색의 한 방법으로 활용되고 있다.

최근 외계행성의 상당수는 우주공간에 떠 있는 케플러 위성에 의해서 행성통과 탐색의 방법으로 발견되고 있다. 나사(NASA)가 쏘아올린 이 위성은 외계행성, 특히 거주 가능한 공간에서 물이 존재하는 지구 정도 크기의 행성을 탐색하는 것이 주목적이다. 최근 발견된 지구형 행성 중 하나인 Kepler-22b는 표면온도가 22도 정도로 생명의 존재가능성이 점쳐지고 있고, 다른 하나인 Kepler-20e는 직경이 지구의 87% 정도에 불과해 지금까지 발견된 외계행성 중 가장 작은 행성으로 기록됐다.

외계행성, 특히 암석으로 구성된 지구형 행성이 속속 발견되면서 이런 행성에서 생명의 징후를 포착하려는 연구가 함께 진행되고 있다. 이를 위해 모성의 별빛 중 외계행성의 대기권을 거친 후 지구에 도착하는 극미량의 빛을 분석해서 그 대기권을 구성하는 성분을 알아내는 방법이 활용된다. 이러한 분석을 통해 한 외계행성인 GJ1214b의 대기에 풍부한 수증기 성분이 포함돼 있다는 것이 보고된 바 있다. 과학자들은 외계행성에서 오는 희미한 빛 속에 산소나 오존과 같은 생명표지자, 혹은 엽록소와 같은 생명의 직접적인 증거가 발견되기를 꿈꾸고 있다.

기하급수적으로 늘어나는 외계행성은 우리 태양계가 더 이상 우주에서 특별한 존재가 아니라는 것을 보여준다. 생명현상도 외계행성처럼 우주의 보편적인 현상일지 모른다. 그리고 우리는 외계생명체를 최초로 확인하는 인류사적 전환기에 사는 행운을 누리게 될지도 모르겠다. 아니, 그러한 행운이 곧 오기를 간절히 바란다.

고재현 한림대 교수·물리학