우주에 생명체가 우리뿐일까요. 이 질문은 인류가 오래 품어온 근본적 의문입니다. 수천 년 동안 철학자들이 논했고, 이제는 과학자들이 실제로 찾고 있습니다. 우주는 상상을 초월할 만큼 거대합니다. 관측 가능한 우주에만 약 2조 개의 은하가 있으며, 각 은하마다 수천억 개의 별이 있습니다. 그 별들 대부분이 행성을 가지고 있습니다. 생명 가능 지역에 있는 지구형 행성만 해도 수십억 개로 추정됩니다. 이렇게 많은 곳 중 지구에만 생명이 있다는 것은 통계적으로 믿기 어렵습니다. 하지만 아직 외계 생명체의 흔적을 발견하지 못했습니다. 이를 페르미 역설이라 합니다. 물리학자 엔리코 페르미가 1950년 점심 식사 중 물었습니다. "그들은 다 어디 있는가?" 우주가 오래되고 크다면 외계 문명이 수없이 많아야 하는데, 왜 신호가 없는가라는 의문입니다. 답은 여러 가지일 수 있습니다. 생명이 극히 드물거나, 지성 생명체로 진화하기 어렵거나, 문명이 자멸하거나, 우리를 피하고 있거나, 우리가 신호를 감지할 기술이 없거나, 아니면 정말 우리가 유일할 수도 있습니다. 외계 생명체 탐사는 여러 방향으로 진행됩니다. SETI는 전파 망원경으로 외계 문명의 신호를 찾고, 외계 행성 탐사는 생명 가능한 행성을 찾으며, 태양계 탐사는 화성과 위성들에서 미생물을 찾습니다. 이 글에서는 생명의 조건, 태양계와 외계 행성 탐사, SETI와 페르미 역설, 그리고 탐사의 미래를 상세히 알아보겠습니다.
생명의 조건과 생명 가능 지역
생명이 무엇인지 정의하기도 쉽지 않습니다. 지구 생명은 물, 탄소, 에너지를 필요로 합니다. 물은 용매로서 화학 반응을 가능하게 하며, 액체 상태로 존재해야 합니다. 온도가 너무 높으면 증발하고 너무 낮으면 얼어붙습니다. 지구 생명은 대략 영하 20도에서 섭씨 120도 사이에서 살 수 있으며, 대부분은 0도에서 50도를 선호합니다. 탄소는 화학 결합의 다양성 덕분에 복잡한 분자를 만듭니다. DNA, 단백질, 지방은 모두 탄소 골격을 가집니다. 규소도 비슷한 성질이 있지만 탄소만큼 다재다능하지 않습니다. 하지만 외계 생명이 반드시 탄소 기반일 필요는 없을 수 있습니다. 에너지는 생명 활동을 유지하는 데 필요합니다. 지구에서는 대부분 햇빛을 사용하지만, 심해 열수구의 생명체는 화학 에너지를 사용합니다. 황화수소를 산화하여 에너지를 얻으며, 태양 없이도 삽니다. 생명 가능 지역 또는 골디락스 존은 별 주위에서 물이 액체로 존재할 수 있는 거리입니다. 너무 가까우면 뜨겁고 너무 멀면 춥습니다. 태양계에서는 금성 궤도와 화성 궤도 사이이며, 지구는 중심에 있습니다. 별의 온도에 따라 생명 가능 지역이 달라집니다. 뜨거운 별은 멀리, 차가운 별은 가까이에 생명 가능 지역이 있습니다. 적색 왜성은 가장 흔한 별이지만 생명 가능 지역이 매우 가까워 행성이 조석 고정될 수 있습니다. 한쪽 면만 별을 향해 극한 온도 차이가 생깁니다. 하지만 두꺼운 대기가 열을 분산시킬 수 있고, TRAPPIST-1 같은 적색 왜성 주위에 여러 지구형 행성이 발견되어 주목받고 있습니다. 생명 가능성은 액체 물만으로 결정되지 않습니다. 대기, 자기장, 판 구조론도 중요합니다. 대기는 온도를 조절하고 해로운 복사를 차단하며, 자기장은 태양풍으로부터 보호합니다. 판 구조론은 탄소 순환을 유지하여 장기간 안정적 기후를 만듭니다. 금성은 생명 가능 지역에 있지만 폭주 온실 효과로 표면 온도가 470도입니다. 화성은 가장자리에 있으며 과거에는 물이 흘렀지만 지금은 얼어붙었습니다. 생명 가능 지역은 필요조건이지 충분조건은 아닙니다.
태양계와 외계 행성 탐사
화성은 태양계에서 생명 탐사의 최우선 목표입니다. 과거에 물이 풍부했으며, 강과 호수, 심지어 바다가 있었던 증거가 있습니다. 현재는 춥고 건조하지만 지하에 얼음이 있고, 일부는 액체 물일 가능성도 있습니다. 큐리오시티와 퍼서비어런스 로버가 고대 강바닥과 호수 지역을 탐사하며 유기 분자를 발견했습니다. 유기 분자 자체는 생명의 증거가 아니지만, 생명이 있었다면 유기물이 남았을 것입니다. 화성 샘플 리턴 미션은 2030년대 암석을 지구로 가져와 정밀 분석할 계획입니다. 유로파는 목성의 위성으로 얼음 껍질 아래 액체 바다가 있습니다. 두께 10~30킬로미터 얼음 아래 깊이 100킬로미터 바다가 있으며, 물의 양이 지구 바다보다 2배 많습니다. 목성의 조석력이 내부를 가열하여 바다를 유지하고, 해저 열수구가 있을 가능성이 있습니다. 지구 심해 열수구에는 풍부한 생명이 있으므로, 유로파에도 있을 수 있습니다. NASA 유로파 클리퍼는 2024년 발사되어 2030년 도착하여 얼음 분출을 통과하며 생체 분자를 찾을 것입니다. 엔셀라두스는 토성의 작은 위성이지만 남극에서 물 분출이 일어납니다. 카시니 탐사선이 분출을 통과하여 물, 소금, 유기 분자, 수소를 검출했습니다. 수소는 열수 활동의 증거이며, 에너지원이 될 수 있습니다. 지하 바다가 있고 에너지가 있으면 생명 가능성이 높습니다. 타이탄은 토성의 가장 큰 위성으로 두꺼운 대기가 있습니다. 메탄 호수와 강이 있으며, 메탄 순환이 지구의 물 순환과 비슷합니다. 표면 온도는 영하 180도로 너무 춥지만, 지하에 물 바다가 있을 수 있습니다. 메탄과 에탄 환경의 이색 생명체 가능성도 제안됩니다. 드래곤플라이 미션은 2027년 발사되어 2034년 타이탄에 도착하여 헬리콥터로 탐사할 것입니다. 외계 행성 탐사는 폭발적으로 성장했습니다. 1995년 첫 외계 행성 발견 이후 현재까지 5000개 이상이 확인되었습니다. 케플러 우주 망원경이 수천 개를 발견했으며, 대부분 별이 행성 앞을 지나며 밝기가 줄어드는 통과 현상으로 찾았습니다. TESS는 가까운 별 주위 행성을 찾고 있으며, 제임스 웹은 대기를 분석합니다. 생명 가능 지역의 지구형 행성이 여러 개 발견되었습니다. 프록시마 센타우리 b는 가장 가까운 외계 행성으로 4.2광년 떨어져 있으며 생명 가능 지역에 있습니다. TRAPPIST-1 시스템은 7개 지구형 행성 중 3개가 생명 가능 지역에 있습니다. 하지만 생명 가능 지역에 있다고 생명이 있는 것은 아닙니다. 대기 분석이 열쇠입니다. 제임스 웹이 외계 행성 대기에서 물, 이산화탄소, 메탄을 검출하고 있습니다. 산소와 메탄이 동시에 있으면 생명의 강력한 증거입니다. 둘은 반응하여 사라지므로, 계속 공급되어야 하며 생명이 공급원일 수 있습니다.
SETI와 페르미 역설
외계 지성 탐사
SETI는 Search for Extraterrestrial Intelligence의 약자로 외계 지성 탐사입니다. 1960년 프랭크 드레이크가 오즈마 계획으로 시작했으며, 전파 망원경으로 가까운 별을 관측하여 인공 신호를 찾았습니다. 아무것도 발견하지 못했지만 시작이었습니다. 드레이크 방정식은 우리 은하에 몇 개의 외계 문명이 있을지 추정합니다. N = R* × fp × ne × fl × fi × fc × L입니다. R*는 별 형성률, fp는 행성을 가진 별의 비율, ne는 생명 가능한 행성 수, fl은 생명이 탄생할 확률, fi는 지성으로 진화할 확률, fc는 통신 기술을 가질 확률, L은 문명의 수명입니다. 많은 변수가 불확실하지만, 낙관적 추정으로는 수천 개, 비관적으로는 하나일 수 있습니다. 전파는 먼 거리를 여행하며 빛보다 에너지가 적게 듭니다. 수소의 21센티미터 파장이 우주에서 가장 흔한 신호이므로, 외계인도 이 주파수를 사용할 것이라 추측합니다. SETI는 이 주파수와 주변을 집중 탐색합니다. 브레이크스루 리슨은 2015년 시작된 대규모 SETI 프로젝트로, 10년간 1억 달러를 투자하여 가장 가까운 백만 개 별을 탐색합니다. 중국의 500미터 전파 망원경 FAST도 참여합니다. 아직 명확한 신호는 없습니다. 1977년 와우 신호는 72초간 강한 신호였지만 반복되지 않아 확인할 수 없었습니다. 혜성에서 나온 수소일 수도 있습니다. 2019년 프록시마 센타우리 방향에서 신호가 감지되었지만 지구 간섭으로 밝혀졌습니다. SETI는 인내가 필요한 작업입니다. 우주는 광대하고 찾아야 할 주파수와 방향이 무수히 많습니다. 건초더미에서 바늘 찾기보다 어렵습니다.
페르미 역설과 해답들
페르미 역설은 우주가 크고 오래되었다면 외계 문명이 흔해야 하는데 왜 증거가 없는가라는 모순입니다. 여러 해답이 제안됩니다. 희귀한 지구 가설은 지구 같은 행성이 극히 드물다고 주장합니다. 적절한 크기의 별, 생명 가능 지역, 목성 같은 보호자 행성, 큰 달, 판 구조론, 자기장 등 조건이 많아 생명 행성이 매우 드물 수 있습니다. 대여과 가설은 생명에서 우주 문명까지 넘기 어려운 단계가 있다고 봅니다. 생명 탄생, 진핵생물 진화, 다세포 진화, 지성 진화, 기술 문명, 우주 진출 중 하나가 극히 어렵습니다. 우리는 이미 통과했거나 앞에 있을 수 있습니다. 만약 대여과가 앞에 있다면 대부분 문명이 자멸합니다. 자멸 가설은 문명이 발전하면 스스로 파괴한다고 봅니다. 핵전쟁, 기후 재앙, AI 폭주, 생물학 무기 등으로 멸망하며, 평균 수명이 짧아 동시에 존재하기 어렵습니다. 동물원 가설은 외계 문명이 우리를 알지만 간섭하지 않는다고 봅니다. 보호 구역처럼 관찰만 하거나, 접촉 금지 원칙이 있을 수 있습니다. 침묵 가설은 외계인이 신호를 보내지 않는다고 봅니다. 적대적 문명을 두려워하거나, 에너지 낭비를 피하거나, 우리가 원시적이라 무시할 수 있습니다. 기술 한계 가설은 우리가 신호를 감지할 기술이 없다고 봅니다. 외계인은 레이저, 중력파, 양자 통신 등 우리가 모르는 방법을 쓸 수 있습니다. 전파는 구식일 수 있습니다. 시간 문제 가설은 우주가 오래되었지만 문명이 동시에 존재하기 어렵다고 봅니다. 수백억 년 역사에서 문명은 순간이며, 이미 사라졌거나 아직 태어나지 않았을 수 있습니다. 유일 가설은 우리가 정말 우주에서 유일하다고 봅니다. 통계적으로 믿기 어렵지만 가능합니다. 확인하려면 계속 찾아야 합니다.