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우주 저 너머 새로운 지구를 찾기 위한 인류의 노력과 도전!

『50억년 동안의 고독』은 외계 지적 생명체와 태양계외행성 탐색 분야의 선구자적인 천문학자와 행성과학자들에 대한 면밀한 조사와 그들과의 밀착 인터뷰를 통하여 지구와 닮은 별을 찾으려는 노력, 즉 ‘태양계외행성 붐’의 과거, 현재 그리고 미래를 조명한다. 천문학자와 행성과학자들이 성취한 대발견의 비하인드 스토리를 들려주고, 과학자들을 우리 태양계 너머 사람이 살 수 있을 최초의 행성들에 대한 역사적인 탐색으로 이끌었던 중대한 순간들을 포착해 보여준다.

또한 마음을 사로잡는 매혹적인 여러 이야기들을 통해서, 항성들 사이에서 생명체를 찾는 특별한 사람들의 노력 속에도 눈부신 성공와 어두운 실패, 그리고 격렬한 갈등과 치열한 경쟁이 존재한다는 사실을 알려준다. 부족한 자금 지원, 정부와 국가의 몰이해, 그리고 꼭 필요한 프로젝트들의 좌절에도 불구하고, 무한히 깊은 우주에서 생명의 의미를 찾아낼 때까지 이들 행성 사냥꾼들의 노력은 계속될 것이라 저자는 말한다.

이 책이 전해주는 가장 핵심적인 메시지는, 지구와 흡사한 행성을 찾기 위한 인류의 노력은 단순히 과학적인 연구라는 의미를 넘어 우리 문명에 내재한 영원한 희망과 공포에 대한 깊이 있는 철학적 성찰의 의미를 지닌다는 사실이다.

우주 저 너머 외계 생명체와 새로운 지구를 찾기 위한 인류의 장엄한 여정

인류는 외계의 지적 생명체가 보내는 신호를 감지할 수 있을까? 그리고 우주 저 먼 곳에서 새로운 지구를 찾아내 인류 문명의 희망을 이어갈 수 있을까? 이 책은 인류의 거대한 질문으로부터 시작한다. 태양과 같은 항성이 1천억 개나 있는 우리 은하가 우주의 수천 억 개 성운 조각 중 하나에 불과할 만큼 광대한 우주, 시작과 끝을 알 수 없을 것만 같은 무한한 우주에서 외계의 지적 생명체와 지구와 흡사한 태양계외행성을 찾아 나선 과학자들은 어떤 생각을 가지고 이 일에 헌신했는지, 그리고 그 헌신이 성공과 좌절을 거치면서 인류의 우주과학과 그 가치에 어떤 공헌을 했는지를 저자는 저널리스트다운 명쾌하면서도 문학적인 필치로 소개한다.

46억 년 동안 지구는 광대하고 고요한 우주 안에서 생명체가 존재하는 유일한 별로 외로이 존재해 왔다. 그런데 지난 20년 동안에 천문학자들은 다른 항성 주위를 도는 수천 개의 행성을 발견했고 이 태양계외행성들 중 일부는 어쩌면 우리 지구와 쏙 빼닮았을지도 모른다는 흥분에 휩싸였다. 그리고 그런 별들이 점점 더 많이 계속 발견되고 있다. 그렇지만 행성 발견의 속도가 점점 빨라지는데도 불구하고, 우주의 최대 수수께끼에 대한 해답은 여전히 우리의 손이 닿지 않는 곳에 머물러 있다. 우주의 거대한 고요와 공허는 우리 인류와 우리 지구가 정말로 유일하고 특별한 존재라는 것을 뜻하는 것일까, 아니면 단지 우리가 여태까지 계속 엉뚱한 곳에서 외계 생명체를 찾아내려 하고 있었다는 것을 의미하는 것일까?

우주 공간에 최초로 쏘아올린 인류의 메시지, 그리고 행성사냥꾼들의 경쟁

이 책의 첫 번째 주인공은 프랭크 드레이크다. 그는 은하계에 존재하는 외계 문명의 수를 산출하기 위한 드레이크 방정식을 만든 것으로도 유명하다. 그는 1974년 11월 16일에 주파수를 조절한 전파에 인류의 정보를 담은 메시지를 담아 아레시보천문대의 거대한 접시안테나를 이용해서 M13이라는 성단을 향해 쏘아 보냈다. 약 2만5천 광년 떨어진 헤라클레스자리에 있는 성단이었다. 특정한 주파수로 2백만 메가와트의 동력을 사용해 효과적으로 쏘아 보낸 드레이크의 광선은 전송되는 3분 동안 태양보다 10만 배나 밝게 빛났다. 그는 이를 통하여 지구와 인류에 관한 모든 내용을 담은 아르시보 메시지를 우주로 쏘아올렸다. 그리고 외계에서 보내는 신호를 포착하기 위하여 계속 노력하고 있지만 NASA와 정부의 지원이 끊긴 상태에서 외로이 쇠락해가는 SETI 연구소를 지키고 있다.

저자는 이어서 태양계외행성 사냥의 두 왕조의 성립과 이 둘의 연구 경쟁에 얽힌 스토리를 들려준다. HIRES 분광계를 사용한 미국의 제프 마시와 버틀러가 첫 번째 왕조이고, 초당 정밀도 1미터의 장벽을 먼저 깬 HARPS 분광계를 이용한 스위스 팀이 두 번째 왕조다. 이 두 팀은 좀 더 정밀한 RV(시선속도) 데이터 등의 정확한 분석을 통해 새로운 행성을 발견해 내면서 행성 사냥의 역사를 새로 써 나갔다. 특히 2011년을 전후하여 항성 GJ 667C 주위의 공전궤도를 도는 슈퍼지구 GJ 667Cc를 발견한 공로를 놓고 제프 마시 팀과, 버틀러, 보그트, 앙글라다 팀, 그리고 본피스를 중심으로 한 스위스 하프스팀의 논쟁과 경쟁을 흥미롭게 서술한다.

무한한 우주에서 인류는 미래의 희망을 위한 큰 그림을 그릴 수 있을까?

2009년 캘리포니아대학교의 천체물리학자 그렉 래플린은 지구의 가치를 화폐 단위로 산출해 볼 수 있는 방정식을 고안했다. 그는 ‘지구와 비슷한’ 행성이 언론의 호들갑과는 별개로 과학자들의 마음을 들뜨게 만들 만한 합당한 가치가 있는지 판단해보기 위해 방정식을 만들었다고 한다. 이것으로 그는 지구형 태양계외행성들의 가치, 지구의 가치 등을 추산했다. 금성의 가치는 1,500조 달러, 태양과 비슷한 알파 켄타우루스의 두 항성 중 하나의 생명체 가능구역 안에 존재할지도 모를 지구 크기의 행성의 가치는 65억 달러, 그리고 우리 지구의 가치는 5천조 달러에 이른다는 계산이 나왔다. 이 금액은 전 세계의 국내총생산을 합한 값의 대략 100배에 달하는 값이었다. 그런데 이런 계산은 지구의 가치가 무한하다는 일부 여론의 비난을 받기도 했다. 하지만 지구는 무한하지 않고, 최소한 언젠가 적색거성이 된 태양에 의해 타버릴 것이라고 알려져 있다. 이에 래플린은 카이퍼대에 있는 대형 혜성이나 소행성을 이용해서, 수억 년에 걸쳐 목성의 궤도 에너지와 각운동량을 일부 지구로 옮겨서 지구 궤도를 수정하여 태양의 화마로부터 피하게 하는 아이디어를 제안하기도 한다.

이어서 등장하는 짐 캐스팅은 펜실베이니아대학 지구과학 교수로, 태양계외행성에서 생명의 흔적인 바이오시그너처를 찾는 연구를 한다. 행성의 대기 중 메탄과 산소의 불균형 상태를 추적하면 외계 행성에서의 생명의 흔적과 단서를 찾을 수 있다고 한다. 지구의 대기의 역사를 연구한 결과, 앞으로 남은 생명체의 수명은 각기 다른 가정에 따라 1억 년이 될 수도 있고, 5억 년, 또는 10억 년 이상이 될 수도 있는데, 이는 인간의 노력 여하에 달려 있다고 그는 전망한다. 그리고 이 책의 후반부에는 NASA 부국장 그런스펠드를 중심으로 지구형 행성을 찾기 위해 필요한 자금, 장비, 망원경 등에 관한 이야기가 펼쳐지고, MIT의 새라 시거가 수행하는 외계 행성을 탐색하는 고독한 작업이 소개된다.

칼 세이건은 한 에세이에서 이렇게 썼다. “지구는 지금까지 알려진 바로는 생명을 품고 있는 유일한 행성이다. 적어도 가까운 시일 안에는, 우리가 옮겨 갈 수 있는 곳이 하나도 없다……. 지구는 우리가 반드시 지켜야 할 곳이다.”

[뒷표지]

이것이 바로 진짜 인터스텔라다!
인류는 외계의 지적 생명체가 보내는 신호를 감지할 수 있을까?
그리고 새로운 지구에서 인류 문명의 희망을 이어갈 수 있을까?

드레이크 방정식_ N=RfpneflfifcL

N : 은하계에서 우리가 탐지해낼 수 있는 외계 지적 생명체의 기술 문명의 수
R : 우리 은하에 있는 항성의 평균 형성 속도
Fp : 행성을 거느리고 있는 항성의 비율
ne : 1개의 항성계당 생명체가 살 수 있는 환경을 갖춘 행성의 수
fl : 생명체가 살 수 있는 환경을 갖춘 행성 중에서 실제로 생명체가 나타나는 행성의 비율
fi : 생명체가 탄생한 행성들 중 지능 있는 생명체가 나타나는 행성의 비율
fc : 지능 있는 생명체들이 사회를 만들고 항성 간 통신이 가능한 기술을 발전시킬 비율
L : 발전된 기술 문명의 평균수명

《50억년 동안의 고독》은 지구 상에서 생명이 살 수 있는 기간을 가리킨다. 지구 상의 생명은 언젠가 사라지게 되어 있다. 다른 이유는 몰라도, 언젠가 태양이 빛을 잃을 것이라는 이유 때문에라도 그럴 수밖에 없다. 여기에 등장하는 사람들 중 일부는 다른 별로부터 전파나 레이저광선을 타고 온 메시지를 통해 우리에게 가능한 미래를 엿볼 수 있을 것이라는 희망을 안고 우리보다 엄청나게 발전된 은하 문명의 흔적을 찾는 데 자신을 바쳤다. 그런가 하면 우리 지구와 다른 행성들에서 생명이 살 수 있는 조건의 한계를 명확히 밝혀내기 위해 오랜 세월에 걸친 지구의 기후변화를 자세히 연구하는 사람도 있다. 이들은 모두 우리 행성의 시간이 끝나면 인류의 미래는 지구 너머 저 먼 곳에서만 찾을 수 있다고 믿는 듯하다. 여러분은 이 책에서 그들의 이야기를 읽게 될 것이다.
_‘들어가는 말’ 중에

“천문학에서 가장 핫한 분야로 안내하는 명쾌한 가이드북!”
리 빌링스는 지구 너머 외계 생명체와 지구형 행성을 탐색해온 세계 최고 전문가들과의 인터뷰를 통하여 태양계외 행성의 탐색이 과학적 도전의 의미를 넘어 우리 지구 문명의 영원한 희망, 꿈, 그리고 공포에 대한 깊은 성찰이라는 사실을 여실히 보여주고 있다.
_〈이코노미스트The Economist〉

[책에 나오는 주요 과학자들]

프랭크 드레이크 Frank Drake
외계의 지적 생명체에 대한 최초의 탐색을 수행하기 위해 세계에서 가장 거대한 전파망원경을 사용한 태양계외행성 탐색의 선구자. 이 전파망원경으로 그는 먼 항성들에 지구 인류의 메시지를 담은 전파를 쏘아 올렸는데, 그 빛의 밝기는 우리 태양 빛보다 더 강했다. 외계 생명체의 존재확률을 산출한 드레이크 방정식을 만든 것으로 유명하다.

“지금 이 순간 별들에서 날아온 메시지가 이 방을 통과하는 중일 수도 있어요. 당신과 내 몸을 통과할 수도 있고요. 우리가 제대로 된 수신기를 갖고 있다면, 그 신호를 탐지할 수 있을 겁니다. 그런 생각을 하면 지금도 소름이 돋아요.”
- 프랭크 드레이크의 말, p29

그렉 래플린 Greg Laughlin
캘리포니아대학교의 천체물리학자로, 지구의 가치를 화폐 단위로 산출해 볼 수 있는 방정식을 고안했다. 이것으로 그는 지구형 태양계외행성들의 가치, 지구의 가치 등을 추산했다. 금성의 가치는 1,500조 달러, 태양과 비슷한 알파 켄타우루스의 두 항성 중 하나의 생명체 가능구역 안에 존재할지도 모를 지구 크기의 행성의 가치는 65억 달러, 그리고 우리 지구의 가치는 5천조 달러에 이른다는 계산이 나왔다. 이 금액은 전 세계의 국내총생산을 합한 값의 대략 100배에 달하는 값이었다.

"그러니까 그곳(태양계외행성)을 향해 여행함으로써 그곳의 가치를 본질적으로 증가시킬 능력을 갖게 되는 겁니다. 정말 짜릿한 일이죠. 우주로 나아가 이런 행성들을 찾아나서는 데애 궁극적으로 이윤이라는 동기를 부여해주니까요. 지구에 있을 때는 수십 억 달러에 불과했던 천체가, 우리가 가까이 다가감으로써 수천 조 달러의 수익을 안겨준다는 얘깁니다.“
- 그렉 래플린의 말, p 114

마이크 아서 Mike Arthur
펜실베이니아주립대학 지질학교수로, 앨러게이니 고원의 흑색 셰일을 연구함으로써, 지구의 역사를 탐구해 왔다. 그는 지구의 대기 구조와 기후변화, 지각 변동 등을 연구함으로써 지구가 어떻게 변해왔고, 어떤 식으로 생명체를 탄생시켰으며, 앞으로는 어떤 모습으로 향해 갈지 추측했다.

“...지금과 같은 추세라면 20년에 마셀러스의 가스를 다 쓰게 될 겁니다. 아니, 어쩌면 그보다 열배쯤 긴 200년 동안 쓸 수 있을지도 모르죠, 그보다 더 오래갈 수도 있고요. 지금 우리 입장에서 생각하면 꽤 긴 세월인 것 같지만, 마셀러스가 형성되는 데 약 2백만년이 걸렸다는 사실을 잊으면 안 됩니다. 지질학적 기준으로는 대단히 짧은 세월이지만, 대부분의 사람들은 이해할 수도 없을 만큼 긴 세월이에요. 지금 인류는 이런 지질학적 규모로 지구에 영향을 미치면서도, 그 사실을 인식하고 계획을 세우는 솜씨는 별로인 것 같습니다. 과거의 교훈과 미래의 전망을 무시하고 위험을 자초하고 있습니다.”
- 마이크 아서의 말, p205-206

짐 캐스팅 Jim Kasting
전 NASA 소속 과학자. 지구의 대기와 기후변화에 관한 그의 연구는 우리 행성의 생명체에 대한 가장 근원적인 토대를 밝혀주고, 가까운 미래의 지구 생명체의 종말을 예견하며, 행성 사냥꾼들로 하여금 외계 생명체에 대한 탐사로 안내한다.

"생명체 가능구역 안이나 근처에서 행성을 발견했다는 이런 발표들 중에는 그 자체로서 뉴스 가치를 지닌 것이 없습니다. 어떻게 보면 무의미한 발표들이에요. 현재로서는 발견 뒤의 후속 연구를 할 능력이 우리에게는 없으니까요, 우리가 그 행성들을 직접 살펴보고 정말로 생명이 살 수 있는 곳인지, 생명의 증거가 있는지 살펴보아야 큰 뉴스가 되는 것 아닙니까. 만약 우리가 그렇게 할 수 있다면, 아니 미안합니다. 말을 바꾸죠. 우리가 그렇게 할 수 있을 때 진짜 혁명이 시작될 겁니다.“
- 짐 캐스팅의 말, p242

새라 시거 Sara Seager
뛰어난 예지력과 강철 같은 의지를 지닌 MIT 교수로, 그녀는 태양계 너머 저 멀리까지 인류가 뻗어나갈 것을 꿈꾼다. 그리고 우리 태양의 수백 개 이웃 항성들 주위에 생명을 품고 있는 행성들을 발견하고 연구하는 데 필요한 거대한 우주망원경을 건설하는 원대한 프로젝트를 구상하고 있다.

“우리는 우주로 나가 가장 가까운 항성들을 조사해보고 싶습니다. 앞으로 수천년이 흐른 뒤 사람들은 우주여행에 나서면서 우리가 가장 가까운 항성들 주위에서 지구와 비슷한 행성들을 발견했음을 기억해줄 겁니다.... 저는 NASA를 사랑한다고 말하고 싶습니다. NASA 덕분에 제가 아주 훌륭한 경력을 쌓을 수 있었으니까요. 하지만 NASA가 앞으로 40년 안에 TPF (Terrestrial Planet Finder: 지구형 행성을 찾기 위한 거대 망원경) 계획을 추진하지 못할 가능성이 높다는 사실을 부정할 수 없습니다, 날이 갈수록 그 사실이 분명해집니다. 지금 이 방에 있는 여러분은 제가 지구형 행성을 찾는 계획의 열렬한 지지자라는 사실을 모두 알고 있을 겁니다. 저는 그 계획을 실행에 옮기고 싶습니다. 제가 죽기 전에 TPF가 완성되기를 바랍니다...“
- 새라 시거의 말, p342

리처드 프레스톤(작가)
‘우리는 이 우주에서 정말로 고독한 존재인가, 아니면 저 먼 우주 어딘가에 생명의 다른 형태가 존재하는 것인가?’라는 가장 심대하고 영원한 이 질문에 대한 답을 찾으려는 과학자들의 모습을 예리하고 생생하게 그린다.

크리스토퍼 코키노스(작가)
이 책은 새로운 지구와 다른 기술 문명에 대한 탐사 이야기와 함께 우리 행성과 우리의 삶이 무엇보다도 소중하다는 메시지를 던진다. 다루기 힘든 망원경에서부터 정치적 권모술수, 그리고 환경의 질적 저하에서부터 부서진 동료애에 이르기까지, 그는 우리의 항성 탐색에 관해서뿐만 아니라, 우리가 별들을 바라보며 발을 딛고 서 있는 이곳 지구에 관해서도 매끈하고 완성도 높은 초상을 정교하게 공들여 그려냈다.

올리버 모튼(작가)
새로운 지구를 발견하기 위한 탐색의 진정한 가치를 제대로 인식하기 위해서, 우리는 반드시 새롭게 다시 우리 지구를 이해하는 법을, 즉 지구의 50억 년의 장엄한 역사뿐만 아니라 관료주의의 진흙창 같은 혼란, 사소하고 하찮은 경쟁, 개인적인 승리와 비극을 배워야만 한다. 저자는 이 모든 것을 아주 멋지게 해냈다.

들어가는 말
1장 우리 은하에 문명이 존재할까?
2장 드레이크의 난초
3장 부서진 제국
4장 행성의 가치
5장 골드러시 이후
6장 큰 그림
7장 평형을 벗어나서
8장 빛의 일탈
9장 빛을 없애는 방법
10장 불모의 땅을 향해서
감사의 말

나는 밤하늘을 바라보며 저 우주에 존재하는 행성들이 어떤 모습일지 자주 궁금해졌다. 지구와 비슷할까? 거기에도 바다와 산, 산호초와 풀밭이 있을까? 도시와 농장, 컴퓨터와 라디오, 망원경과 우주선이 있을까? 그곳의 생물들도 우리처럼 살다가 죽을까? 하늘을 바라보며 삶의 목적에 대해 고민할까? 그들도 외로움을 느낄까?
_p.11

나는 드레이크에게 그의 난초를 보며 ‘L’을 떠올렸다고 말했다. 그의 방정식에서 가장 불확실한 존재였던 기술 문명의 수명 말이다. 그 수명이 너무 짧으면, 각각의 문명은 고독한 행성에 고립되어 교차 수분의 기회조차 얻지 못한 채 아무도 모르게 시들어 사라질 것이다. ‘L’의 수치가 크면 꽃을 활짝 피운 문명이 오래도 록 머무르다가 결국 몇 광년 거리의 다른 문명과 섞여서 혼합 문명을 만들어낼 것이다. 그러면 안정성이 자리를 잡고, 개중에는 일종의 불멸성을 획득하는 문명이 나올지도 모른다.
_p.62

우리 우주가 늙어서 어둡고 차가워질 먼 미래에 생명체들은, 우주의 지평 저 너머 멀고 먼 어딘가에서 창조의 과정이 끊임없이 계속되며 새로운 생명, 새로운 행성, 새로운 우주를 탄생시키고 있을 것이라는 믿음에서 조금 위안을 찾을지 모른다. 희망이 영원을 낳는다.
_p.139

우주라는 척도에서는 심지어 은하계도 수천억 개의 성운 조각들 중 한 개에 불과하고, 규모를 확 줄여서 양자 세계로 내려가면 지구에서 태어난 생명의 불꽃, 지능, 기술의 의미를 식별하기가 힘들어진다. 하지만 우주와 양자 세계 사이에 위치한 우리 세계, 불확실하지만 햇빛으로 가득 찬 이 공간에서는 더 훌륭해질 미래의 약속을 알아보고, 우리의 불꽃이 수십 억 년 동안 단 하나의 행성에서만 고독하게 타오르던 처지를 벗어나 행성과 항성의 시간을 초월해서 영원한 은하의 뿌리를 비출 것이라고 그려보는 일이 얼마든지 가능하다.
_p.217

시거는 다른 사람들과 더불어 다양한 구성의 행성들에 대해 질량-반지름의 관계를 이용하는 법을 개발했다. 그리고 이를 통해, 예를 들면 지구와 같은 크기의 행성들 중 순수한 물로 이루어진 곳과 주로 탄소나 철로 이루어진 곳을 행성 사냥꾼들이 구분할 수 있는 방법을 추정해보았다. 나중에 중간 크기의 행성들이 더욱 많이 발견되면서 이 연구가 몹시 중요해졌다. 이 런 행성들이 항성을 통과할 때 밀도를 계산해본 결과, 이른바 슈퍼지구들 중 많은 것이 사실상 ‘미니 해왕성’임이 밝혀진 것이다. 즉 투명하고 얇은 공기층을 지닌 바위 행성이라기보다 수소와 증기로 이루어진 불투명하고 두툼한 대기층을 지닌 가스 행성이라는 뜻이었다.
_p.368