[전문가의 세계 - 이명현의 별별 천문학](30)외계행성서 알아봐요

외계행성 대기 시뮬레이션

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미국 캘리 포니 매운 리프 데리바ー 사이드 캠퍼스의 에드워드 슈우이토 먼 박사 연구 팀은 지구에서 4.2광년 떨어진 센타우루스 자리 프로 크시마뵤루과 그 주위를 돌고 있프록시마 b행성처럼 거주 가능 지역에 속하고 산소가 풍부한 행성이 있으면 그 행성의 한 이산화 탄소 함량이 매우 높다는 시뮬레이션 결과를 도출했습니다. 이것은 하나산화탄소는 통상적으로 생각해 온 것처럼 생명이 없다는 물적 증거가 아니라 생명의 지표가 될 수 있는 sound를 나타내고 있다. 사진은 항성 프록시마 - 센터우루스(작은 노란색)와 행성 프록시마 b의 상상도. [유럽 남방 천문대(ESO) 웹사이트] 현재 현재 우리가 살고 있는 지구의 대기 중 가장 큰 부피를 차지하는 것은 질소다. 그 후에도 산소가 풍부하다. 이산화탄소는 사실 미량이지만 그 양의 변천으로 인해 지구온난화와 같은 큰 변천을 가져올 수도 있다. 현재 지구에 살고 있는 생명체에게는 고란의 지구가 살기 좋은 곳이었다. 순서가 바뀌었다 고란 대기 환경에 적응하도록 진화한 생명이 "현재" 지구에 살고 있다고 표현하는 것이 옳았어야 했던 계속 "현재"를 강조한 이유는, 현재에 살고 있는 우리가 쉽게 잊어버리는 것이 "현재"라는 특수한 시점에 우리가 살고 있다는 사실이라는 점을 거듭 자각하기 위해서이다. 현재라는 관점을 살고 있는 우리는 고란 현재의 상황이 항상 그렇기 때문에 앞으로도 그럴 것이라는 착각을 하면서 살고 있지 않을까? 과거가 있고 미래가 가까워진다는 것은 어느 책이나 알고 있는 사실이었다. 그러나 시간의 변천을 항상 인지하고 자각하며 살아가지는 않는다. 지구의 대기와 생명을 말할 때도 고란 현재에 대한 인식이 작동한다. 지구의 대기본인 생명을 말할 때는 반드시 시간의 흐름을 고려해야 한다. 다시 한번 말하자면 진화를 고려해야 한다는 것이었다. 현재 지구의 대기의 조성을 보면, 질소와 산소가 그 대부분의 부피를 차지하고 있다. 그러나 과약간거의 지구대기와 그에 따른 생명의 서식은 별개로 하여 요즘과는 많이 다를 것이다. 지구가 차sound 발생했을 무렵, 지구의 대기는 주로 수소에서 이루어진 것으로 알려져 있다. 이곳에는 수증기와 메탄가스가 있었고 암모니아가 섞인 대기 조성이 있었던 것이었다. 아직 생명은 태동하지 않았다. 지각이 형성되는 시기까지 시간이 지나면서 수소, 메탄, 암모니아가 지구의 대기에 차지하는 비중이 줄었다. 질소는 꾸준히 증가했고 이산화탄소의 양도 증가하기 시작했습니다. 바다가 형성될 무렵부터는 이산화탄소의 양이 줄어들기 시작했습니다. 생명이 태동하고 풍부한 이산화탄소 덕분에 식물이 번성했습니다. 식물의 번성은 활성산소의 증가로 이어졌다. 산소로 호흡하는 동물들이 번성하기 시작했습니다.

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미국 쿡항공우주국(NASA)의 차세대 우주망원경인 제임스 웹 우주망원경 202한년 3월 발사 의도였다[NASA웹 사이트]​ ​ 대기 중에는 질소가 가장 많지만-과거 지구는 수소가 많았다 외계 생명체의 조사에 이를 적용-대기를 시뮬레이션한다 일산화탄소가 많은 별들에는 - 생명체가 없다는 통념 이를 모두 sound 집하는 논문이 발표되었다. 산소와 일산화탄소는 공존 가능 - 실제로 그런 별들이 발견되었지만 아직 자료가 더 필요하다 곧 발사될 제임스 웹망원경 등 - 이를 가능하게 해 줄 것입니다. 어쨌든, 이 논문은 탐구의 - 열린 자세를 보여준다. 때에 따른 지구 대기의 역사는 당연히 지구 생명의 진화와 그 맥을 같이 한다. 과조금거의 지구대기의 모습은 관측된 물적 증거를 바탕으로 재구성할 수 있다. 최근까지 알려진 관측 결과를 경험치 입력치로 하여 물리법칙과 화학적 반응식을 바탕으로 시간에 따른 지구의 대기 모형을 만들 수 있을 것이었다. 욜란 모형이 지구의 대기 변천에 대해 다양한 점검을 하는 자리를 만들어 줄 것이다. 미래를 대기 예측하는 데 도움이 될 것이다. 지구문명의 결과로 만들어진 오염물질이 장차 지구의 대기에 미치는 영향 등은 좋은 조사주제가 될 것이다. 당연히 지구의 대기의 변천에 따른 생명의 진화, 역시는 반대로 생명의 진화에 의한 지구대기의 변천에 대한 조사도 가능했다. 현재의 지구의 대기라는 한 가지 사실을 기본으로 여러 지구의 대기에 대해 폭넓은 조사를 할 수 있었을 것이다[시보레]콜로라도 지구의 대기 모형은 지구에 관한 여러 가지 질문에 대한 답을 구하는 데 적합한 도구일 텐데, 이곳에 대한민국은 되지는 않는다. 외계행성 대기조사에도 큰 역할을 할 것이다. 특히 외계행성의 대기 조성 조사로 외계 생명체의 힌트를 얻을 수 있었다. 외계 생명체에 대한 경원이 높아져택지에서 과학자들은 지구의 대기 모형을 확장해 태양계의 다른 행성의 대기 모형을 만들어 컴퓨터 시뮬레이션을 하는 조사를 하고 있다. 태양계 내의 여러 행성이나 위성에 존재하는 대기의 특징을 보면, 이들 천체에 대한 이해를 깊게 할 수 있을 것이다. 특히 생명의 존폐를 알 수 있을 것이었다. 현시점뿐만 아니라 과거의 생명 존재에 대한 이해를 높일 수 있을 것이다. 아직은 먼 얘기일지 모르지만 예측을 통해 생명의 태동에 대해 이야기할 수 있는 날이 올지도 모른다.지구의 대기 모형을 넘어 태양계 천체 대기 모형을 구축하고 컴퓨터 시뮬레이션을 하는 조사가 진행되고 있다. 화성에 한때 물이 흐를 정도의 따뜻한 대기 상태가 존재했다는 추론을 확인하려는 시도도 있었다. 토성의 위성 타이탄의 대기는 지구의 원시 대기와 비슷하다는 점에서 과학자들의 경원을 대상이 되었다. 행성 대기모형에 의한 시뮬레이션 조사는 외계행성 조사에서 그 위력을 발휘할 조짐이 보인다. 켈플러 우주망원경의 관측을 통해 확인된 외계행성의 수가 급격히 늘었다. 이를 바탕으로 행성에 대한 다양한 조사가 가능해졌다. 외계행성 안에서 생명이 살 수 있는 역시는 살아있는 행성을 찾는 작업이 중요한 조사 주제로 떠오르고 있다. 생명의 물적 증거를 찾는 데는 다양한 방법을 사용할 수 있을 것이다. 그 1개가 외계 행성의 대기를 관측하는 것이었다 대기 조성비를 보면 생명의 흔적의 물적 증거를 찾을 수 있을 것이다. 지구의 대기 조성비 변천에는 생명의 출현과 멸절이 모두 sound를 따랐다. 외계행성의 대기에도 그런 진화의 역사가 남아 있을 것이다. 완성도 높은 행성 대기 모형을 베이스로 컴퓨터 시뮬레이션을 실시하고 한편으로 외계행성의 대기를 정밀하게 관측한 후, 두 가지 결과를 비교해 외계생명이 존재하는지를 확인할 수 있을 것이었다. 시간에 따른 대기의 변천을 시뮬레이션하면 관측된 외계행성의 대기가 그 행성의 진화의 어느 단계인지, 어떤 생명이 그 행성에 존재하는지를 알 수 있을 것이었다. 물론 이 이야기는 지극히 낙관적이었다. 예를 들어 한 외계행성에 산소가 존재한다는 것이 그 행성의 대기 분광관측에 의해 밝혀진다 하더라도 그것이 직접적인 생명의 물적 증거가 될 수는 없을 것이다. 산소를 만들어내는 다른 메커니즘이 존재할 수 있기 때문이었다. 이 애매함을 없애는 방향으로 관측과 시뮬레이션 수법 또한 진화할 것이다. 현재는 행성의 대기모형과 외계행성의 대기관측 모두 초기단계 모색 수준에 머무르고 있지만 행성의 대기모형은 결국 외계행성에서의 생명발견 프로젝트에 판정적이고 크게 기여할 것이다.

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에드워드 슈우이토 먼 박사 ​ 2019년 3월 15일 천문학 저널'Astrophysical Journal'에는 흥미로운 논문이 한편 실렸다. 미국 쿡 캘리포니아대 부속대학 리버사이드 캠퍼스 소속 에드워드 "슈위터만(Edward W Schwieterman) 박사 연구팀은 "Rethinking CO Antibiosignatures in the Search for Life Beyond the Solar System"이라는 제목의 논문을 발표했습니다. 우리의 이야기를 풀어 설명하자면 太陽태양계 나싱머에 존재하는 생명을 탐사할 때 생명이 존재하지 않는다는 지표로 일산화탄소(CO)의 존재를 사용해왔는데 그런 관점에 대해 재검토하자"는 이 스토리의 제목이었다. 일산화탄소를 생각해 보면 아마도 대나무 sound를 떠올릴 것이다. 일산화탄소 중독에 걸리면 죽을수록 치명적인 손상을 피할 수 없는 것을 일상에서 목격했기 때문일 것이다. 천문학자들도 행성의 대기에서 일산화탄소가 발견되면 이를 생명이 존재하지 않는다는 것을 알려주는 지표라고 견해해 왔다. 그런데, 그렇지 않을 가능성이 있다는 것을 이 논문은 지적하여, 자신감 있는 것이었다. 슈터먼 박사 연구팀은 행성 대기 모형 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서, 일산화탄소가 생명의 표식이 될 수 있는 두 가지 가능성을 발견했습니다. ​ 첫번째의 시자신리 온 지구의 과거의 대기 상태에 근거한 발견으로부터 자신 왔다. 현재 지구의 대기에는 산소가 풍부하다 일산화탄소는 대기 중의 화학반응에 의해 쉽고 빠르게 파괴되기 때문에 현재의 지구대기에 축적되기 어렵다. 그러나 30억년 전의 지구는 완전히 다른 세상이었다. 바다가 생기고 있었고 그곳에는 미생물들이 살고 있었다. 대기에는 산소가 거의 없는 상태였다.태양은 매우 최근보다 어두운 상태였다. 연구팀의 시뮬레이션 결과에 따르면 여랑환경에서는 현재보다 자신만만한 양의 일산화탄소가 당시의 지구대기에 존재했습니다. 이 이야기는 태양과 같은 별 주위에 산소가 거의 없지만, 일산화탄소가 풍부한 생명이 사는 행성이 존재할 수 있다는 것이었다. 과거의 대기상태 연구를 바탕으로 다른 행성에서 생명의 표지를 찾는 방법론에 대한 좋은 예가 될 것이다. 슈우이쯔타ー망 박사 연구 팀의 시뮬레이션 결과에서 제안된 제2회"시자싱리오"은 더욱 자극적이었다. 지구에서 불과 4.2광년 떨어진 센타우루스 자리 프로 크시마뵤루처럼 작은 별 주위를 도는 행성 중 거주 가능 지역에 속하고 산소가 풍부한 행성이 있으면 그 행성의 일산화 탄소 함량은 아주 비싼 것과 시뮬레이션 결과 쟈싱타했다. 이와 같이 환경조건이 다른 두 가지 시스템에서 관측되는 일산화탄소는 통상 견해해온 것처럼 "생명이 없다"는 인적 증거가 아니라 "진품"이 아니라 "생명의 지표"가 될 수 있다는 것이었다. 물론 여기서 이야기하는 생명은 미생물 정도의 생명체를 말할 것이다. 인간을 비롯한 현재 지구에서 살고 있는 생명에게 있어서, 결코 유리한 조건은 아닐 것이었다. 일산화탄소를 관측하여 생명의 지표를 발견하게 되더라도 그것이 외계 지적 생명체의 존재를 말해주는 것은 아니라는 것이었다. 미생물 단계의 생명 존재 가능성의 지표로서 일산화탄소 검출이 중요하다는 것이었다. 한편, 지구의 오염물질과 같은 것을 외계행성의 대기로 찾아낸다면, 외계지적 생명체의 존재에 대한 힌트로 받아들일 수도 있을 것이다. 실제로 센터우루스자리 프록시마 별 주위를 도는 행성이 발견되었다. 거주 가능 지역 내에 속하는 지구와 평등한 암석질 행성인 것으로 알려져 있다. 좋은 연구 대상이 될 것이어야 했다. 그러나 결과를 얻으려면 좀 더 기다려야 할 것 같다. 현재의 관측 장비로는 명확한 관측 데이터를 얻기 어렵다. ​ 2021년 3월에 발사 계획인 제임스 웹 우주 망원경을 비롯한 차세대 관측 장비를 통해서 외계 행성에 대한 정밀 관측 자료가 쌓이고, 지구 대기에 대해서 보다 깊은 이해를 바탕으로 보다 정교한 시뮬레이션이 이루어진다면 외계 행성에서 생명을 발견하는 날이 올것이라고 교은헤하 것이다. 상식적인 성벽적 경론에 얽매이지 않고 열린 자세로 모든 가능한 일에 대해 탐구하는 것이 과학 연구에서 중요하다는 것이 이번 연구 결과의 교훈이기도 하다.​​

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[필자 이명현:과학저술가, 천문학자/경향신문](과학서방 "갈다" 대표) 초등학생 때부터 천문잡지의 아이독자였고, 고등학교 시절 유리구슬을 갈아서 직접 망원경을 만들었다. 연세대 천문기상학과를 나쁘지 않고 네덜란드 플로닌온대에서 박사학위를 취득했다. 네덜란드의 캡틴 천문학조사소 조사원, 태윤민 국천문조사원 조사원, 연세대 천문대 책임조사원 등을 지냈다. 외계의 지성체를 탐색하는 세티(SETI) 조사소 "대힌민 국책자"이기도 하다. <이명현의 별을 헤는 밤><공간><빅 히이에키 1>등 다수의 저서와 역서가 있다. ​​