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우주시민이 갖춰야할 우주생물학적 핵심교양에 관한 책

이 넓은 우주에 생명체가 존재하는 곳이 평범한 은하의 평범한 별 주위를 돌고 있는 지구뿐일까요? 우리는 언젠가는 지구 이외의 다른 곳에 살고 있는 생명체를 분명히 만나게 될 것입니다. 과학자들은 지금까지의 여러 증거를 바탕으로 외계생명체의 존재를 거의 확신하고 있는 것 같습니다. 발견은 시간의 문제라는 것이지요. 다만 우리가 바라는 화성인이 아니라 박테리아나 미생물이기는 하지만 말입니다. 이 책 [외계생명체 탐사기]는 서호주에서 화성까지, 다섯 과학자와 함께 떠나는 탐사기입니다. 이 책은 저 먼 우주 어딘가에, 우리 지구와 같이 생명체가 살고 있는 외계 행성을 찾고 또 찾는 우주생물학의 세계로 안내합니다. 화성에 탐사로봇을 보내고, 밤하늘의 별을 관찰하면서, 또 극한환경에 살고 있는 생명체나 과거에 그곳에 살았던 생명체의 흔적을 찾아 지구 구석구석을 누빕니다.

(과학탐험가 문경수와 함께)
최초의 생명체를 찾아서 호주 사막을 누비다
나사NASA의 우주생물학자 23명과 함께 떠난 탐사대 이야기입니다. 서호주의 샤크만, 일명 바위침대라고 불리는 스트로마톨라이트 군락이 있는 인도양의 외딴 해안가죠. 쉽게 말하면 숨 쉬는 바위가 있는 곳입니다. 수십억 년 동안 그 모습을 보존해온, 그 바위의 기원을 추적하는 것이야말로 진정한 시간여행입니다.
지구에서 화성과 가장 비슷한 곳으로 지구 초기 생명체의 흔적이 남아 있는 노스폴 인근의 필바라 지역을 꼽습니다. 오래 전부터 남은 흔적인 화석과, 그 화석 속에 새겨진 미생물을 관찰하면 지구상에서 언제 생명체가 출현했는지 알 수 있기 때문입니다. 탐험가는 "나는 지금 수십억 년 전 바다 속에 있는 거다. 지구가 생성되고 10억 년밖에 되지 않았을 무렵 바다 속에 살며 산소를 뿜어대던 시아노박테리아와 함께 있다"고 생각하니 머리가 잠시 혼미해졌답니다.
사라진 산소의 비밀을 찾아가는 카리지니 국립공원을 거쳐 '초기 지구로 가는 길'로 떠납니다. 노스폴의 언덕은 초기 지구가 남긴 특별한 유물을 간직한 곳입니다. 바로 화산암과 퇴적암으로 된 와라우나 지층 덕분입니다. 거의 35억 년 전에 형성된 지형으로 지각 변동을 교묘히 피해간 덕분에 암석들이 거의 변화가 없는 상태로 보존돼 있습니다. "여기가 바로 우리가 생명의 시작은 언제인가, 라는 질문을 던질 장소"라고 할 수 있습니다. 붉은 산화철로 덮힌 노스폴 언덕은 대기 중에 산소가 없던 초기 지구의 모습, 즉 지금은 화성과 거의 흡사합니다.

(극지과학자 이유경이 묻고 답하는)
극한생물, 지구 밖에서도 살 수 있을까?
다른 행성이나 위성의 표면은 너무 추워서 얼음으로 뒤덮여 있거나 너무 뜨거워서 물이 증발해 버린 메마른 상태입니다. 지구생명체의 입장에서 보자면 척박한 환경이지요. 그런 척박한 곳에도 생명체가 살 수 있을까. 이런 의문을 해결하기 위해서 과학자들은 지구의 극한 환경에 살고 있는 생명체를 연구하고 있습니다.
지구에는 정말 이상한 곳에 사는 생명체가 많습니다. 산성용액이나 염분 농도가 두 배 이상 높은 바닷물에 사는 미생물(호산성생물과 호염성생물)이라든지, 햇빛이 들지 않는 심해 수천 미터에서 뜨거운 열수와 고압에도 아랑곳하지 않고 살아가는 미생물(호열성생물과 호압성생물) 심지어 수천 년 간 눈이 쌓여 만들어진 남극의 빙하 속에 살고 있는 미생물(저온생물)이 있습니다.
이런 극한생물들은 과연 화성과 같은 지구 밖 다른 행성에서 살 수 있을까요? 지구 밖 어디에서 우리는 생물을 찾을 수 있을까에 대한 답을 찾는 셈이지요. 과학자들은 지구상에서 생물이 살아 갈 수 있는 극한 환경을 통해서 지구 밖에서 생물체를 찾을 수 있는 최소한의 환경 조건을 정리했답니다.
화성의 땅 속이라면 이런 조건을 맞출 수도 있을 것 같다고 합니다. 그리고 화성을 비롯한 우주 어딘가에 생명체가 살고 있다면 그 주인공은 아마도 오랜 시간 극한환경에서 살아남은 세균일 확률이 높답니다.

(천문학자 이강환이 묻고 답하는)
붉은 행성, 화성에 생명체가 있을까?
오래 전부터 화성에 생명체가 있을 것이라는 생각은 너무나 당연하게 여겨져서 화성인을 뜻하는 '마션martian'이란 단어가 사전에 있을 정도입니다.
화성은 당연히 우주 탐사선의 가장 중요한 목표였습니다. 화성 탐사선은 1960년대부터 발사되었으나 실패의 연속이었습니다. 지금은 2012년 화성에 착륙한 탐사선 큐리오시티가 움직이는 실험실 역할을 하고 있습니다. 2016년과 2018년에는 엑소마스 호가 발사될 예정입니다.
인간이 화성에 발을 디딜 가능성은 어떨까요? 왕복 시간과 화성에 머무는 시간을 합치면 화성 유인 탐사를 완성하기 위해서는 3년 이상이 시간이 걸립니다. 그렇지만 과학자들은 적어도 15년 이상이 지나면 화성에 인간의 발자국을 남길 것으로 보고 있습니다.
화성에서 물을 찾는 것은 21세기 초 화성 탐사의 가장 중요한 목표였습니다. 그리고 2015년 9월 액체 상태의 물까지 발견해 냄으로써 그 목표는 매우 성공적으로 달성되었습니다. 이제 다음 목표는 화성에서 생명체를 찾아내는 것입니다.
화성에는 액체 상태의 물이 있고 과거에는 훨씬 더 많았습니다. 태양이 에너지원의 역할을 할 수 있으며 유기물도 존재하고 있습니다. 그리고 과거에는 자기장이 있어서 태양과 우주에서 오는 방사선을 보호할 수 있었기 때문에 생명체가 존재할 수 있는 대부분의 조건이 갖춰져 있었습니다. 비록 현재 화성 표면에서 살아있는 생명체를 발견할 가능성은 높지 않아 보이지만 방사선을 피할 수 있는 지하 깊은 곳에서는 아직 살아남은 생명체가 있을 수도 있습니다. 이것이 화성에서 최소한 생명체의 흔적이라도 찾을 수 있을 것이라고 믿으며 탐사를 계속하고 있는 이유입니다.

(천체물리학자 최준영이 알려주는)
외계행성을 찾는 여섯 가지 방법
칠레의 밤하늘 아래, 1억 개의 별빛을 한 번에 담을 수 있는 망원경의 큰 눈은 쉴 새 없이 깜박이며 저장장치에 별빛을 담습니다. 이렇게 우주 어딘가에 있을지 모를 또 다른 생명체를 찾기 위해서는 또 어떤 방법이 있을까요? 별의 위치 변화로 행성의 존재를 알아내는 법(시선속도법, 위치측정법), 별의 밝기 변화로 행성의 존재를 알아내는 법(주기변화법, 행성통과법, 직접관측법, 미시중력렌즈법)을 얘기해줍니다.
이 중에서 우리나라 외계행성탐색 프로젝트 KMTNet는 미시중력렌즈법으로 가동하고 있습니다. 칠레, 남아프리카공화국, 호주 이 세 나라에 각각 망원경을 설치하고 우리 은하의 중심부를 관측하며 외계행성을 찾는 사업이지요. 미시중력렌즈 현상이 일어나면 일정하던 별의 밝기가 점차 밝아졌다 다시 어두워집니다. 별 근처를 돌고 있는 또 다른 천체에 의해 대칭적인 밝기 변화와는 다른 밝기 변화가 보이는 것입니다. 그러면 지구로부터 약 5000광년 떨어진 별로부터 온 신호도 알아차릴 수 있답니다. 행성이다! 외계행성에서 오는 신호는 아주 미약하지만 또렷하게 자신의 존재를 우리에게 드러냅니다.

(천문학자 이명현이 들려주는)
외계지적생명체 찾기 프로젝트
1959년 '전파망원경을 사용한 인공전파신호 포착'이 외계지적생명체 탐색(세티SETI 프로젝트)이 시작되었습니다. 외계지적생명체로부터 오는 인공적인 전파신호를 포착해서 그들의 존재를 확인하려는 시도입니다. 외계지적생명체가 존재한다면, 다른 지적생명체가 알아차릴 수 있는 형태의 인공전파신호를 만들어서 우주 방방곡곡에 보냈을 것이고, 우리는 전파망원경을 사용해서 그 전파를 찾고 해석한다는 것이지요.
지금까지 의미있는 인공신호를 포착하지는 못했지만, 2007년 세티 전용 ATA 전파안테나 42대가 가동을 시작하면서 한걸음 가능성에 바싹 다가서는 모습니다.
외계생명체 탐색의 또 다른 프런티어에 케플러우주망원경이 있습니다. 지구와 비슷한 특성과 환경 조건을 갖춘 외계행성을 찾을 목적으로 2009년에 발사되었습니다. 지구를 꼭 닮은 유사지구의 발견은 곧 지구생명체와 닮은 외계생명체의 존재를 담보하는 첫째 조건이기 때문입니다.
케플러우주망원경이 유사지구를 발견하기 시작하면서 세티 프로젝트도 큰 전환기를 맞이합니다. 생명체가 존재할 개연성이 높은 유사지구 후보를 특정해서 관측하기 때문에 인공신호를 포착할 확률도 올라갈 것으로 기대하고 있습니다.
외계지적생명체에게 신호를 보내는 메티(METI) 프로젝트도 시도하고 있었습니다. 아레시보 전파망원경을 사용해서 전파신호를 우주를 향해 발사한 것이죠. 아마 20년 후쯤이면 우리는 외계지적생명체의 흔적을 목격할 수 있을 거라는 과학자들의 예측입니다.

인트로: 우리는 우주시민이다
1 최초의 생명체를 찾아서 서호주 사막을 누비다
2 극한생물, 지구 밖에서도 살 수 있을까
3 붉은 행성 화성에 생명체가 있을까
4 외계행성을 찾는 여섯 가지 방법
5 외계지적생명체 찾기 프로젝트
참고자료

"아직 외계생명체가 발견된 적은 없지만 우주생물학은 이미 가장 활발한 과학 분야로 자리 잡았다. 수많은 과학자가 수많은 노력과 전략으로 외계생명체 탐색에 나서고 있다. 어쩌면 우리는 외계생명체의 발견을 목격하는 첫 번째 인류가 될지도 모른다. 이 책은 그런 의미에서 우주생물학의 시대를 살아가는 우주시민이 갖춰야할 우주생물학적 핵심교양에 관한 책이다."
(/ '인트로' 중에서)