400 억 개의 거주 가능한 은하계 행성 … 빛과 그림자로 ‘생명의 흔적’찾기

▲ 삽화 = 토끼 도둑 작가

⑧ 우리는 혼자입니까? : 태양계와 우주 생물학의 세컨드 라이프

표면에 물을 흘릴 수있는 외계 행성이 이미 수십 개 있습니다.
행성이 별 뒤에 숨어있는 순간을 포착하여 찾은 ‘바이오 마커’에서 생명 정보를 얻으십시오
가시 광선 추적 ‘붉은 가장자리’발견시 식물 광합성 증거

우주에서 생명체의 존재가 확인 된 유일한 곳은 지구입니다. 우리는 수년 동안 지구 밖에서 생명체를 상상하고 찾고 있었지만 여전히 지구 밖에서 어떤 반응도 얻지 못하거나 흔적을 발견하지 못했습니다. 우리는 광대 한 우주 공간에서 정말 혼자입니까? 인류의 역사와 관련된이 질문에 언제 답할 수 있습니까? 너무 이르지 않을 수도 있습니다.

태양계에는 8 개의 행성과 10 개의 거대한 위성이 있습니다. 그들 중 다섯 명은 두 번째 생명을 가진 것으로 확인되었습니다. 과거에 바다가 있었지만 여전히 지하에 물을 담을 수있는 화성은 목성의 달인 유로파와 토성의 달 엔셀라두스의 거대한 달 타이탄과 메탄 비가 내린 후 강이 흐르는 토성의 거대한 달인 타이탄입니다. 마지막은 지구입니다. 지구 어딘가에서 우리 조상과 완전히 독립적으로 진화하고 진화 한 생명체가 숨겨 질 수 있습니다. 이것들은 또한 태양계의 두 번째 수명 이후입니다.

생명체가 이미 지구상에서 발생했다는 사실은 생명체 발생이 결코 불가능하지 않다는 증거입니다. 지구 나 태양계와 같은 제한된 환경에서 생명의 발생이 한 번 이상 반복 된 것으로 확인되면 생명의 발생은 충분한 조건이 확립되면 자연스럽게 발생하는 현상이라고 할 수있다. 따라서 태양계에서 두 번째 생명체의 발견은 태양계에서 새로운 생명체를 발견 할 수있을뿐만 아니라 우주 자체의 생명체 개념을 바꿀 수 있습니다. 우리는 이미 우주에 별보다 더 많은 행성이 있다는 것을 알고 있습니다.

2019 년 노벨 물리학상 수상자 인 Michel Mayor와 Didier Queloz의 위업은 태양과 유사한 별을 공전하는 외계 행성의 첫 발견이었습니다. 1995 년에 발견 된이 행성은 목성과 닮았지만 수성보다 작은 궤도를 가지고 있으며 3 일만에 별을 공전합니다. 그러나 진짜 놀라운 것은 외계 행성의 평범함이었습니다. 예. 외계 행성은 우주에서 흔합니다. 오랫동안 숨어 있었을뿐입니다.

지금까지 확인 된 외계 행성의 수는 4,000 개를 초과합니다. 이 숫자의 중요한 사실은 대부분의 별이 여러 행성계 인 행성을 가지고 있다는 통계적 추론입니다. 태양에만 8 개의 행성이 있고 Trafist-1 시스템에는 7 개의 행성 만 있습니다. 우리 은하계에는 적어도 천억 개 또는 최대 4000 억 개의 별이있는 것으로 알려져 있습니다. 그렇다면 행성의 수는 이보다 많을 것입니다. 우주에 수 천억에서 수조 개의 은하가 존재한다는 이야기는 너무 멀기 때문에 여기에서 우리 자신을 제한합시다.

표면에 액체 물을 흘릴 수있는 거주 가능한 행성 (생명 거주 가능한 행성)의 발견은 두 번째 생명체 탐색의 중요한 지표입니다. 이미 12 개 이상의 거주 가능한 행성이 발견되었으며, 통계적으로 우리 은하에는 지구 크기의 거주 가능한 행성이 400 억 개에 달하는 것으로 추정됩니다. 이 추정치에는 지구와 유로파와 같은 얼음 위성보다 훨씬 크거나 작은 행성은 포함되지 않습니다. 이 시점에서 은하계는 생명의 탄생을위한 대규모 문화 시설처럼 보입니다. 그리고 그들 중 생명체는 의심 할 여지없이 태양계에서 태어났습니다. 우리와 완전히 다른 기원을 가진 태양계에서 두 번째 생명체의 발견은 생명 생성이 결코 기적이 아니라 태양계 너머의 많은 행성에서도 가능하다는 것을 보여줄 것입니다.

태양계에서 두 번째 생명체가 발견되지 않으면 어떨까요? 태양계에서 두 번째 생명체를 발견하는 것은 ‘우리는 혼자입니까?’라는 질문에 답하는 지름길입니다. 발견되면 생명 발생은 일반적인 현상이며 태양계 외부에 생명체가 있음을 확신 할 수 있습니다. 남은 것은 이미있는 것을 찾는 것입니다. 하지만 찾지 못한다면 절망 할 필요가 없습니다. 지름길은 하나만 사라졌고 아직 확인되지 않은 400 억 개의 배양 접시가 있습니다.

태양계 안팎의 생명체의 배양 접시를 어떻게 볼 수 있습니까? 태양계에서는 프로브를 직접 보낼 수 있습니다. 여러 탐사선이 이미 화성에서 활성화되어 있으며 새로운 탐사가 계획되어 있습니다. 탐사선 Europa Clipper는 가까이에있는 유로파의 얼음 표면을 탐사하고 얼음 표면을 파내는 착륙선과 얼음 아래의 바다를 조사하기위한 수중 탐사선을 탐사합니다. 잠자리를 닮은 드론 형 탐사선, 잠자리는 타이탄의 풍부한 유기물에서 생명의 흔적을 찾을 것입니다. Europa Clipper와 Dragonfly는 모두 2020 년대에 지구를 떠나 목성과 토성으로 향할 준비를하고 있습니다.

외계 행성은 다릅니다. 성간 공간은 인류가 아직 극복하지 못한 거대한 공간 장벽입니다. 현재 외계 행성에 직접 탐사선을 보내는 것은 불가능합니다. 그러나 우리는 수십에서 수백 광년 떨어진 행성에있는 페트리 접시를 조사 할 방법이 있습니다. 빛과 그림자를 통해.

지금까지 알려진 외계 행성의 절반 이상이 통과를 통해 발견되었습니다. Transit은 행성이 별 앞을 지나갈 때 별의 밝기가 약간 어두워지고 별빛이 약간 가려지는 현상을 말합니다. 이때 행성의 그림자 가장자리를 통과하는 빛은 행성의 대기를 통과하여 그곳의 하늘에 대한 정보를 제공합니다. 때때로 행성은 별 뒤에 숨어서 행성의 밝기만큼 어두워집니다. 이 경우 ‘사라진 빛’을 통해 행성 표면에 대한 정보를 얻을 수있다. 이 정보에서 바이오 마커라는 생명의 징후를 찾으면 생명이 있다고 말할 수 있습니다.

가장 대표적인 바이오 마커는 대기 중의 산소입니다. 산소 원자는 결코 드물지 않지만 대부분은 다른 원자에 결합 된 산화물 형태로 존재합니다. 정말 희귀 한 것은 대기 중의 산소입니다. 산소는 자연적인 비 생물 적 현상으로도 발생할 수 있지만 매우 적은 양입니다. 또한 반응성이 높기 때문에 다른 물질과 빠르게 결합하여 사라집니다. 지구 대기에 상당한 양의 산소가 있다는 것은 산소를 대량으로 공급하는 메커니즘이 있다는 것을 의미하며, 그 메커니즘의 강력한 후보는 광합성 또는 생명 활동입니다. 지구 대기의 21 %를 차지하는 산소도 대부분 식물의 광합성에 의해 발생합니다.

또 다른 강력한 바이오 마커는 빨간색 가장자리입니다. 일부 행성이 광합성 식물로 덮여 있으면 지구에서 관찰되는 행성의 빛에도 영향을 미칠 수 있습니다. 광합성을 위해 흡수되는 파장의 빛과 그렇지 않은 파장의 빛 사이에 경계가 생성되기 때문입니다. 예를 들어, 지구상의 대부분의 식물은 파장이 0.7nm보다 짧은 가시 광선을 흡수하지만 그보다 긴 적외선을 반사합니다. 따라서 우주의 먼 쪽에서 지구의 빛을 분석 할 때 빛의 세기가 갑자기 0.7nm 부근에서 변합니다. 이것은 빨간색 가장자리입니다.

적외선으로도 광합성이 가능하지만, 태양이 가장 가시 광선을 방출하기 때문에 지구상의 식물은 가시 광선에서 광합성을하는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 적외선을 방출하는 적색 왜 성인 붉은 태양 아래에서도 식물은 가시 광선으로 광합성을 할 가능성이 더 높습니다. 물에 의해 차단되는 적외선과 달리 가시 광선은 수면 아래 깊숙이 도달 할 수 있으며, 생명의 진화는 수면 아래에서 높은 확률로 시작됩니다. 따라서 적색 왜성이있는 행성에서도 적색 가장자리는 생명의 지표가 될 수 있습니다.

외계 행성의 얇은 빛에서 바이오 마커를 찾는 것은 로버를 유로파 나 타이탄으로 보내는 것에 비해 매우 약한 방법처럼 보입니다. 그러나 4,000 개를 초과하고 가까운 장래에 10,000 개를 초과 할 것으로 알려진 외계 행성의 수는이 약한 방법을 직접 탐사만큼 큰 가능성으로 바꿉니다.

현존하는 가장 큰 광학 망원경은 구경이 약 10m이지만 전 세계적으로 약 30m의 차세대 초 거대 망원경이 제작되고있다. 그들 중 일부는 거의 40m의 직경을 가지고 있습니다. 이 망원경이 완성되면 위에서 논의한 바이오 마커에 대한 전면적 인 검색이 결과를 산출하기 시작할 것입니다.

차세대 탐사선과 초 거대 망원경이 절정에 이르렀을 때 ‘우리는 혼자입니까?’라는 오랜 질문이 올 것입니다. 2030 년대 말까지 부분적으로 대답 할 수 있습니다. 대답은 긍정적이거나 부정적 일 수 있습니다. 답이 어디로 향하든 우리가 우주를 바라 보는 방식과 우주에서 우리를 바라 보는 방식 모두 완전히 바뀔 것입니다.

해연 해연 과학 작가, 공상 과학 작가, 국립 기상 위성 센터 연구원

■ 용어

바이오 마커 : 지구 밖에서 수집하거나 관찰 할 수있는 물체 중 생명 활동 이외의 현상으로 발생하기 어려운 물질 또는 현상을 말합니다. 대표적인 예로는 산소 (O2), 오존 (O3) 및 빨간색 가장자리가 있습니다. 한편 메탄 (CH4)은 생명 활동의 결과로 발생하는 대표적인 물질이지만 화산 활동과 같은 자연 현상에 의해 대량으로 생성되기 때문에 바이오 마커에 포함되지 않는다. 그러나 생명 활동이있는 경우 메탄도 존재할 가능성이 높으므로 2 차 바이오 마커로도 분류됩니다. 물 자체는 생명의 직접적인 증거는 아니지만 생명체가 존재하기 위해서는 반드시 존재해야한다고 생각하기 때문에 2 차 바이오 마커라고 할 수 있습니다.

거주 가능한 행성 : 모성 (중심 별)과의 적절한 거리로 인해 행성 표면에 액체 물이 존재할 수있는 지역을 거주 가능 구역 또는 거주 가능 구역이라하고 여기에 위치한 행성을 거주 가능 행성이라한다. 물은 거주 가능 구역보다 가까울 때 증발하고 물이 멀어지면 얼어 붙습니다. 지구와 태양 사이의 거리를 천문 단위로 표현할 때 태양계의 거주 가능 구역은 태양에서 0.8 천문 단위에서 멀리 1.5 천문 단위까지입니다. 지구는 태양계의 거주 가능 구역 중앙에 있지만 금성은 약간 떨어져 있고 화성은 가장자리에 있습니다. 행성이 거주 가능 구역에 있다고해서 반드시 액체 물이 존재하거나 생명체가 발생할 수 있다는 의미는 아닙니다.