외계 생명체를 찾는 과학자들의 기준
21세기 천문학의 가장 도전적인 질문 중 하나는 이것이다.
“우주에 우리와 비슷한 생명체가 존재할 수 있는 행성은 얼마나 흔한가?”
지금까지 과학자들은 수천 개의 외계 행성을 발견했고, 일부는 지구와 비슷한 조건을 갖춘 것으로 추정된다. 그러나 "생명체가 존재할 가능성"을 판별하는 일은 단순히 크기나 온도만으로 결정되지 않는다.
이 글에서는 과학자들이 외계 생명 가능성을 판단할 때 적용하는 핵심 기준과, 이를 뒷받침하는 천문학적 탐사 기술, 그리고 현재까지 알려진 유망한 외계 행성 사례들을 중심으로 오늘 이야기를 작성해 보겠습니다.
외계 생명체 탐색의 전제 조건: 생물학적 가능성과 천체 물리학적 기준
● 생명이 가능하려면 어떤 조건이 필요한가?
지구에서의 생명을 기준으로 했을 때, 과학자들은 몇 가지 핵심적인 생존 조건을 도출해낸다.
① 액체 상태의 물 (Liquid Water)
모든 알려진 생명체는 물을 생화학적 용매로 사용한다. 따라서 행성의 표면에 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 온도 범위(약 0°C~100°C)는 생명 존재 가능성을 판별하는 1차 기준이다.
이 기준을 만족하는 거리 범위를 "생명체 거주 가능 지대(Habitable Zone)", 혹은 보다 일반적으로는 "골디락스 존(Goldilocks Zone)"이라 부른다.
② 안정적인 항성 환경
행성이 속한 항성의 유형과 활동성은 대단히 중요하다.
예컨대, 적색왜성은 수명이 길고 온도가 낮아 유리해 보이지만, 빈번한 플레어 현상으로 인해 대기 박탈 및 방사선 피해가 심각할 수 있다.
③ 행성의 물리적 특성
질량과 밀도: 대기 유지와 내부 열 생성 가능성에 영향을 준다.
지질 활동: 탄소 순환과 자기장 형성 가능성은 생명 유지에 결정적이다.
자기장 유무: 외부 방사선으로부터 대기를 보호하고 생명체를 간접적으로 보호한다.
④ 대기 조성
지구 대기의 경우, 산소와 메탄이 공존하는 화학적 비평형 상태가 유지되고 있다.
이는 생물학적 활동의 간접적 지표로 간주되며, 외계 대기에서 유사한 징후가 발견되면 생명 존재의 강력한 후보가 된다.
외계 행성 탐지 기술의 진화: 우리가 ‘지구 닮은 별’을 찾을 수 있었던 이유
● 간접 탐지 방식
① 트랜짓 방식(Transit Method)
행성이 항성 앞을 통과할 때 발생하는 밝기 감소를 관측함으로써 행성의 존재를 확인한다.
이 방식은 행성의 반지름, 공전 주기, 궤도 경사각 등을 정밀하게 추정할 수 있으며, 특히 다수의 행성계 탐색에 효과적이다.
대표적인 탐사 위성: 케플러 우주망원경(Kepler), TESS
② 시선 속도법(Radial Velocity Method)
행성과 항성 사이의 중력 상호작용으로 인해 항성이 미세하게 흔들리는 것을 도플러 효과를 통해 관측한다.
이를 통해 행성의 질량 하한선, 공전 궤도를 파악할 수 있다.
이 방식은 특히 지구형 행성보다는 거대 행성 탐지에 유리하나, 기술의 정밀도가 향상되면서 점차 소형 행성에도 적용되고 있다.
③ 직접 영상화(Direct Imaging)
강한 별빛을 차단한 후, 주변의 어두운 행성을 촬영하는 방식이다.
현재는 기술적 제약으로 인해 가스형 거대 행성에 제한적으로 활용되나, 차세대 우주망원경(예: LUVOIR, HabEx)의 도입으로 향후 정밀도가 크게 향상될 전망이다.
지금까지 발견된 ‘지구 유사 행성’ – 생명 가능성이 가장 높은 후보들
● 케플러-452b (Kepler-452b)
항성 유형: G형 항성 (태양 유사)
거리: 약 1,400광년
특징: 지구보다 약 60% 큰 암석형 행성으로 추정, 골디락스 존 내 위치
평가: 대기 조성 미확인, 다만 지구와 유사한 환경일 가능성 존재
● 트라피스트-1e, f, g (TRAPPIST-1 System)
항성 유형: 초저질량 적색왜성
거리: 약 39광년
특징: 7개의 행성이 있고, 이 중 최소 3개가 거주 가능 지대 내에 존재
장점: 거리상 비교적 가까워 제임스 웹 망원경(JWST)에 의한 대기 분석이 가능
현재: 수증기, CO₂, 오존 등 생명 지표 분석 중
● 프로시마 b (Proxima Centauri b)
항성 유형: 적색왜성 (프록시마 센타우리)
거리: 약 4.2광년 (가장 가까운 외계 행성)
특징: 골디락스 존 내, 질량은 지구보다 약간 큼
한계: 항성 플레어 활동으로 인해 대기 보존 여부 불확실
생명체 존재 가능성의 핵심은 ‘물리적 유사성’ 너머에 있다
지구와 닮은 환경을 가진 외계 행성은 생각보다 많다.
그러나 단순한 물리적 조건의 유사성만으로 생명체 존재를 단정할 수 없다.
● 궁극적으로 필요한 것은
- 행성의 대기 구성 및 화학 반응의 정밀 분석
- 지질 활동 여부, 자기장 존재 유무
- 생물지표 생성 물질(biosignatures)의 확인
이에 따라 제임스 웹 우주망원경(JWST), 향후 LUVOIR, HabEx 같은 차세대 관측 장비의 등장은 지구 외 생명체 탐사에 있어 결정적인 도약을 가능케 할 것이다.
우리가 찾는 것은 ‘또 다른 지구’인가, ‘또 다른 생명’인가?
현재까지의 탐사는 주로 지구 유사성에 초점을 맞추고 있다.
하지만 과학계 일각에서는 생명의 정의 자체를 확장하려는 시도도 등장하고 있다.
예컨대,
암모니아 기반 생명
고온, 고압, 극저온 환경에서도 번성할 수 있는 생명
실리콘 기반 생명 화학
이러한 상상력은 단지 공상이 아닌, 과학적 가설로써 엄밀한 실험과 이론 검토의 대상이 되고 있다.
지구는 우주의 표준인가, 예외인가?
생명은 복잡한 조건이 우연히 맞아떨어져야만 등장하는 희귀한 현상일까?
아니면, 물이 있고 시간이 충분하다면 어디서든 나타날 수 있는 보편적인 과정일까?
이 질문에 대한 답을 찾는 여정은 단지 외계 생명을 찾는 것이 아니라,
우리가 누구이며, 어디에서 왔고, 어디로 갈 것인가를 묻는 과정이기도 하다.