생명체가 살기 위해 행성에게 필요한 것

금성은 너무 뜨겁고 화성은 너무 추워요. 지구는 딱 적당합니다."라고 행성학자 데이브 브레인은 말합니다. 하지만 왜 그럴까요? 재미있고 유쾌한 강연을 통해 데이브 브레인은 생명체가 살기 위해 행성에 무엇이 필요한지에 관한 흥미로운 과학적 사실을 탐구합니다. 그리고 생명체가 살 수 있는 행성들의 연대기에서 인류가 적절한 시기에 적절한 장소에 있다고 생각되는 이유도 알려줍니다.

저는 여기 있는 게 기쁘고

여러분도 여기 계셔서 기쁩니다.

왜냐하면 이게 좀 이상할테니까요.

우리 모두가 여기 있어서 기뻐요.

"여기"라는 건 이 자리를
말하는 게 아닙니다.

여기도 아닙니다.

여기입니다.

지구입니다.

"우리"라는 건 강연장에 있는
우리를 말하는 게 아니라

생명체를 말하는 겁니다.

지구상에 사는 모든 생명체요.

(웃음)

다세포부터 단세포 생물까지

곰팡이부터 버섯까지

날아다니는 곰도요.

(웃음)

흥미로운 사실은

지구는 생명체를 가진
우리가 아는 유일한 곳입니다.

870만 종이 살고있죠.

우린 다른 곳도 찾아봤어요.

최선을 다해 찾아보지는
않은 것일 수도 있지만

찾아봤는데 못 찾았습니다.

우리가 아는 생명체를 가진 행성은
지구가 유일합니다.

지구는 특별할까요?

제가 어릴 때부터 답을
알고 싶었던 질문입니다.

강연장에 있는 분의 80%가

같은 생각을 한 적이 있고
답을 알고싶어했을 겁니다.

태양계 내에서나 아니면
밖에서 생명체가 살 수 있는

행성이 있는지를 알기 위해서는

생명체에게 무엇이 필요한지
제일 먼저 알아야 합니다.

870만 종이 모두
세 가지만 필요로 하더군요.

하나는, 지구상의 모든 생명체는
에너지를 필요로 한다는 겁니다.

우리처럼 복잡한 생명체는
태양으로부터 에너지를 얻습니다.

하지만 지하 깊은 곳에 사는 생명체는
화학 반응같은 것에서

에너지를 얻습니다.

모든 행성에는 수많은
에너지원이 존재합니다.

또 다른 것으로는

모든 생명체는 음식이나
영양분이 필요합니다.

무리한 요구같이 보이죠.
특히나 즙많은 토마토를 원한다면요.

(웃음)

하지만 지구상의 모든 생명체는
단 6가지의 화학 원소에서 양분을 얻습니다.

이 원소들은 태양계 내의
어느 행성에나 다 있습니다.

그럼 이제 가운데
중요한 것 하나만 남네요.

가장 충족하기 어려운 것이죠.

무스가 아니라 물입니다.

(웃음)

무스였어도 멋있었겠네요.

(웃음)

얼어있는 물도 안되고, 기체 상태의
물도 안되고 액체여야 합니다.

이게 모든 생명체가 생존을 위해
필요로 하는 것입니다.

많은 태양계의 행성들은
액체로 된 물이 없습니다.

그래서 찾아보지 않습니다.

다른 태양계의 행성들은
지구보다도 더 많은 양의 액체 물을

가지고 있을지도 모르지만

얼음 아래 갇혀 있습니다.

그래서 물을 얻기 힘듭니다.

거기에 생명체가 사는지를
알아내는 것조차 힘듭니다.

그렇게 되면 우리가 봐야하는
천체의 수는 몇 개 안 남습니다.

그러면 문제를 더 간단하게
만들어봅시다.

행성의 표면에 있는
액체 물만 생각해요.

행성의 표면에 있는 액체 물만 보면

우리 태양계에는 고려할 행성이
3개밖에 없습니다.

태양에서부터의 거리순으로
금성, 지구, 화성입니다.

물이 액체 상태이려면
대기가 있어야 합니다.

대기는 아주 조심스럽게
다루어야 합니다.

대기가 너무 많아도, 너무 두꺼워도,
너무 따뜻해도 안되기 때문입니다.

안 그러면 금성처럼
너무 더운 행성이 되고

액체 물이 있을 수 없습니다.

하지만 대기가 너무 적고
너무 희박하고 차가우면

화성처럼 너무 추운 행성이 됩니다.

그래서 금성은 너무 덥고,
화성은 너무 춥고

지구는 딱 알맞습니다.

제 뒤에 있는 그림을 보시면
우리 태양계의 어디에서

생명이 살 수 있는지를
볼 수 있습니다.

이건 골디락스 문제입니다.

아이들도 이해할 수 있을만큼 쉽습니다.

그러나

두 가지를 상기시켜드리고 싶습니다.

골디락스 이야기에 나오지만
우리가 자주 생각해보지 않는

하지만 제가 보기엔
이것과 관련있는 사실입니다.

첫 번째는

엄마 곰의 수프가 너무 차가웠다면

골디락스가 방에 들어왔을 때요.

그 수프는 항상 차가운 상태였을까요?

아니면 어느 순간에는
딱 알맞는 온도였을까요?

골디락스가 방에 언제들어오느냐에 따라
이야기 속의 답이 결정됩니다.

행성도 똑같습니다.

행성은 고정되어 있지 않고 변합니다.

상황에 따라 달라지고 진화합니다.

대기도 마찬가지입니다.

예를 하나 들어드릴게요.

제가 제일 좋아하는
화성 사진 중의 하나입니다.

가장 고화질도 아니고
가장 매력적인 사진도 아니고

가장 최근 사진도 아니지만

화성의 표면에 강바닥이
깎여있는 모습을 보여주는 사진입니다.

흐르는, 액체 물에 의해
깎인 강바닥입니다.

강바닥은 만들어지는 데
수백, 수천 년이 걸립니다.

현재의 화성에는 생길 수 없습니다.

현재 화성의 대기는
너무 희박하고 차가워서

물이 액체상태로 유지될 수 없습니다.

이 사진 한 장이 화성의 대기가
크게 변화했음을 보여줍니다.

서식 가능하다고 할 수 있는
상태에서 변했습니다.

옛날에는 생명체가 살기 위해 필요한
3가지 조건을 갖추고 있었으니까요.

물이 표면에서 액체 상태로

있을 수 있게 해주었던 대기는
어디로 간 걸까요?

한 가지 가설은 우주로
날아가버렸다는 것입니다.

대기의 분자가 화성의 중력에서
자유로워지기에

충분한 에너지를 모았고

우주로 날아가버리고
돌아오지 않았다는 겁니다.

이건 대기를 가진 모든 천체에서
일어나는 일입니다.

혜성에는

눈에 보이는 대기의 탈출 증거로
꼬리가 있습니다.

금성에게도 시간이 지남에 따라
탈출하는 대기가 있고

화성과 지구도 마찬가지입니다.

그 정도와 규모가 다를 뿐이죠.

그래서 이 변화를 설명할 수 있기 위해
지난 세월 동안 얼만큼의 대기가

빠져나갔는지 알고 싶었습니다.

대기는 빠져나가기 위한
에너지를 어떻게 얻을까요?

분자는 어떻게 빠져나가기에
충분한 에너지를 얻을까요?

간단하게 말하자면 두 가지
방법이 있습니다.

첫 번째는 햇빛입니다.

대기의 입자는 태양이 내는
빛을 흡수하여 따뜻해질 수 있습니다.

제가 춤추고 있네요. 그렇지만 분자는

(웃음)

제 결혼식에서도 안 췄는데 말이죠.

(웃음)

단지 따뜻해지는 것만으로도
행성의 중력으로부터

자유로워져서 탈출하기에
충분한 에너지를 얻습니다.

에너지를 얻는 두 번쨰 방법은
태양풍입니다.

태양풍은 태양의 표면에서
방출되는 입자, 덩어리와 물질입니다.

초속 400km의 속도로
태양계를 날아다닙니다.

태양 폭풍 때에는 더 빠르기도 합니다.

태양풍은 행성과 대기를 향해
행성 사이의 우주로 돌진합니다.

그러면서 대기의 분자에게

탈출할 수 있는 에너지를
줄 수도 있습니다.

서식 가능성에 관한 내용이기 때문에

제가 흥미를 갖는 부분입니다.

제가 여러분께 골디락스 이야기에 관해서

상기시켜 드리고 싶은 점이
두 가지 있다고 말했었죠?

두 번째는 좀 더 미묘한 내용입니다.

아빠 곰의 수프가 너무 뜨거웠고

엄마 곰의 수프는 너무 차가웠다면

그럼 아기 곰의 수프는
더 차가워야 하지 않나요?

이 흐름을 보자면요.

일생 동안 받아들여왔던 사실을
조금만 더 생각해보면

그렇게 간단하지 않을 수도 있습니다.

행성과 태양 사이의 거리가
행성의 온도를 결정하잖아요.

이게 서식 가능성에 영향을 미치겠죠.

하지만 우리가 생각해보아야 할
다른 것들이 있는 지도 모릅니다.

수프 그릇 자체도

이야기의 결과를 만드는 데
일조하고 있는지도 몰라요.

뭐가 딱 적당한 온도인지를요.

서식 가능성에 영향을 미칠 수 있는
이 세 행성들의

수많은 차이점에 대해
이야기드릴 수도 있지만

제 연구와 관련된 이기적인 이유와

저는 여기 서서 리모컨을 들고 있고
여러분은 앉아있기 때문에

(웃음)

저는 한 1, 2분 동안만
자기장에 대해 이야기해볼까 합니다.

지구에는 있지만
금성과 화성에는 없습니다.

자기장은 액체 물질이
전류로 인해 회전하면서

행성의 깊숙한 내부에서 생성됩니다.

이 액체 물질이 지구를 둘러싸는
거대한 자기장을 만듭니다.

그래서 나침반이 있으면
북쪽이 어딘지 알 수 있죠.

금성과 화성에는 자기장이 없습니다.

금성과 화성에서 나침반이 있으면

축하드려요. 길을 잃으신 겁니다.

(웃음)

이게 서식가능성에 영향을 미칠까요?

어떻게 그럴까요?

많은 과학자들은 행성의
자기장이 태양풍 분자를

행성 주변으로 굴절시켜

대기의 방패 역할을 한다고 생각합니다.

분자의 전하와 관련이 있는

힘이 작용하는 장의 효과 같은 것이죠.

저는 샐러드 바에서 재채기 못하게 막는
플라스틱 보호막 같은 역할이라고 봅니다.

(웃음)

맞아요, 제 동료들이
이 영상을 나중에 보고 나면

우리 분야에서 역사상 처음으로
태양풍이 콧물과 같은

취급을 받았다는 걸 알게 될 거예요.

(웃음)

그러니까 그 영향은
지구가 자기장을 가지고 있어서

수십억 년동안

보호받아왔을 수도 있다는 겁니다.

대기가 탈출할 수 없었습니다.

반대로 화성은 자기장이
없어서 보호받지 못했고

서식가능한 행성에서

오늘날 보이는 모습으로
변화시킨 원인이 될 만큼의

충분한 양의 대기를
수십억 년의 세월 동안

빼앗겼을 수도 있습니다.

다른 과학자들은 자기장이
배의 돛에 더 가까운 역할을

했을 것이라고 생각합니다.

행성이 혼자서 할 수 있는 것보다
더 많은 에너지를

태양풍과 교환할 수 있게 해준 것이죠.

돛은 태양풍으로부터 에너지를
모을 수 있습니다.

자기장은 태양풍으로부터 에너지를
모을 수 있습니다.

대기가 더 많이 탈출할 수 있게
도와주는 에너지를요.

아직 검증해봐야 하는 가설이지만

그 영향과 원리는 명확해 보입니다.

태양풍의 에너지가 지구의 대기에
쌓이고 있다는 사실을 알기 때문입니다.

이 에너지는 극지방으로
자기장 선을 따라 전도되어

놀랍게 아름다운 오로라를 만들어냅니다.

본 적 있으시다면 정말 웅장합니다.

에너지가 유입된다는 걸
우린 알고 있습니다.

얼마나 많은 분자가 빠져나가는지

자기장이 여기에 영향을 미치는지를
측정하려고 합니다.

문제를 던져드렸지만

아직 제게는 해결책이 없습니다.

우리에겐 해결책이 없습니다.

하지만 연구 중입니다.
어떻게 연구 중일까요?

세 행성 모두에 우주선을 보냈습니다.

지금 화성의 궤도를 돌고 있는

메이븐 우주선을 포함한
일부 우주선들이 궤도를 돌고 있습니다.

저도 관련되어있는 연구이고
여기 콜로라도 대학교 외부에서

이끌어나가고 있습니다.

대기의 탈출을 측정하기 위해
설계되었습니다.

금성과 지구에서도
비슷한 측정을 했습니다.

모든 측정값을 다 얻게 되면

수치를 다 합쳐서
세 행성이 우주의 주변 환경과

어떻게 상호작용하고
있는지 알 수 있습니다.

그리고 자기장이 서식가능성에
중요한 요소인지도 확인할 수 있습니다.

답을 얻고나면,
왜 관심을 가져야 할까요?

저는 매우 관심이 있어요.

금전적 이유도 있지만
어쨌든 큰 관심을 갖고 있어요.

(웃음)

먼저, 이 질문에 대한 답은

우리에게 금성, 지구, 화성의
세 행성에 대해 더 많은 걸 알려 줄 겁니다.

오늘날의 환경과 어떻게
상호작용하는지뿐만이 아니라

수십억 년 전에 어땠었는지

서식가능했는지를 말이죠.

우리와 가깝고 우리를 둘러싸고 있는

대기에 대해서도 알려줄 겁니다.

하지만 나아가, 우리가
이 행성들로부터 배운 사실들은

다른 모든 곳의 대기에도
적용될 수 있습니다.

다른 별들 주위에서 관찰되는
행성들에도요.

예를 들어, 볼더 시에서

만들어져서 조종되고 있는
케플러 우주선은

지금 2년째 우주의 우표 크기만한
영역을 관찰 중입니다.

그러면서 우표 하나 크기의

우주 영역에서 수천 개의
행성을 찾아냈습니다.

우주의 다른 영역은 다를 거라고
생각하지 않습니다.

20년 사이에

우리는 태양계 외부에서
0개의 행성을 아는 상태에서

현재 너무 많이 알아서

어떤 것부터 조사해야할지
모르는 상태가 되었습니다.

어떤 수단이든 도움이 될 거예요.

케플러 우주선이 관측한 것과

다른 비슷한 관측들에 기반하여

우리는 이제 우리 은하에 있는
2000억 개의 별들만 봤을 때

평균적으로 모든 별이 적어도
1개의 행성을 갖고 있다고 믿습니다.

더 나아가

추정치에 따르면

그 중 400억에서 1000억 개의
행성이 서식가능하다고 할 수 있습니다.

우리 은하에서만요.

이 행성들을 관측한 데이터는 있지만

아직은 어떤 행성들이
서식 가능한지는 모릅니다.

무대에서 빨간 점 안에 갇혀있는 것과

(웃음)

비슷합니다.

밖에 다른 세계가 존재한다는 것도 알고

절실하게 그 세계들에 대해
더 많은 걸 알고 싶고

조사하고 싶고, 그 중 한 두개 정도가
나와 약간 비슷하지는 않을지

알고 싶어 합니다.

하지만 할 수 없어요.
아직은 갈 수 없죠.

그래서 여러분 주변에
발명되어 있는 도구들을

금성, 지구, 화성에서 사용하여
다른 상황에 그걸 적용해야 합니다.

그 데이터로부터 논리적인 추론을
하고 있는 것이길 바라면서

서식 가능한 행성으로
제일 좋은 후보들을

선별할 수 있기를 바라면서요.

결국에, 적어도 지금으로서는

바로 여기가 우리의 빨간 점입니다.

이게 우리가 아는 행성 중
유일하게 서식 가능한 행성입니다.

머지않아 더 많은 행성들을
알게 될 수도 있지만요.

하지만 현재로서는 지구가 유일하게
서식 가능한 행성입니다.

이게 우리의 빨간 점입니다.

우리가 여기 있어서 정말 기쁩니다.

감사합니다.

(박수)