영하 100도에 비 내리면 생명 못산다? "그건 지구적 시각"

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[최준호의 사이언스&] 태양계 위성 탐사
‘지극히 현명하시다는 창조주께서 자신의 모든 동물과 식물을 이렇게 보잘것없는 지구를 골라서 거기에만 배치했다고 생각할 수 있겠는가. 지구 단 한 곳만을 선택해 동물과 식물로 치장해 살 만한 곳으로 만들어 놓았다고 믿기는 참 어렵다… 저 거대한 목성과 토성이 그저 밤하늘에서 반짝거리기만 한다니 도저히 그럴 수는 없는 것이다.’ -토성의 위성 타이탄을 발견한 17세기 네덜란드의 수학자, 물리학자이자 천문학자인 크리스티안 하위언스(1629~1695)가 남긴 말이다.

우주 속 생명체 찾기는 인류의 오래된 꿈이다. 2021년 12월 발사된 제임스웹우주망원경(JWST)이 태양계 밖 외계 행성의 대기 분석을 통해 생명체의 흔적을 찾는 시대가 됐지만, 17세기 망원경의 발명을 통해 우주를 들여다보기 시작한 그때부터 과학자들은 지구 밖 생명체의 가능성을 언급했다. 그 첫걸음은 태양계 안이다. 지구 바로 옆 행성인 화성의 생명체 찾기에서부터, 목성과 토성이 거느린 수많은 위성 중에도 생명체가 존재할 가능성이 구체적으로 제기되고 있다.

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목성의 얼음위성들 속 생명체 찾기


지난달 14일 오전 남미 프랑스령 기아나의 쿠루 우주기지에서 아리안5 로켓이 불을 뿜었다. 아리안5 2단의 꼭대기엔 ‘주스’(JUICE)라는 이름의 목성 얼음위성 탐사선이 실렸다. 주스는 이날 발사 27분 뒤 1500㎞ 상공에서 분리돼, 목성을 향한 8년, 7억7800만㎞의 긴 항해를 시작했다. 주스(JUICE)는 ‘Jupiter Icy Moons Explorer’의 줄임말이다. 오는 2031년 목성에 도착해, 3년 반 동안 목성 궤도를 돌면서, 이름 그대로 목성의 얼음위성, 즉 가니메데ㆍ칼리스토ㆍ유로파, 이렇게 세 위성을 탐사하는 게 목적이다.

미국 항공우주국(NASA)은 내년 10월 목성의 위성 중 하나인 유로파만을 목적으로 한 탐사선 유로파 클리퍼를 발사할 예정이다. 이 탐사선은 2030년에 목성 궤도에 도착, 유로파를 집중 탐색할 예정이다. NASA는 또 2027년에 토성의 가장 큰 위성 타이탄을 탐사할 무인 드론 탐사선 드래곤플라이를 보낼 계획이다. 이 탐사선은 지구의 드론처럼 8개의 프로펠러를 장착하고, 타이탄 표면을 낮게 날아다니며 타이탄의 대기를 본격 탐사할 예정이다.

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유로파 얼음표층 뚫은 물기둥 조사

태양계 내 주요 행성의 위성에 대한 탐사가 본격화하고 있다. 그간에도 갈릴레오와 주노ㆍ카시니 등 NASA의 행성 탐사선이 목성과 토성을 탐사하는 길에 위성들을 돌아봤다. 특히 카시니는 앞쪽에 토성의 위성인 타이탄 착륙 임무를 가진 유럽우주국(ESA)의 하위언스를 달고 있었다. 17세기 타이탄을 처음 발견했던 천문학자 크리스티안 하위언스의 이름을 딴 이 탐사선은 2005년 1월 카시니에서 분리돼 낙하산의 도움을 받아 타이탄 남위 10도, 서경 192도의 평지에 착륙했다. 임무 기간은 단 90분에 불과했다. 하지만 대기분석과 함께 진흙으로 이뤄진 착륙장소의 온도(-177도)와 기압(1467.6 밀리바)ㆍ습도(50%) 등의 정보와 착륙장소 주변 사진 등을 보낸 뒤 통신두절됐다. 주스나 드래곤플라이는 처음부터 탐사목적 자체가 위성이라는 점에서 기존 행성 탐사와는 차원을 달리한다.

태양계 행성 위성 탐사의 주목적은 17세기 천문학자 하위언스의 말처럼 ‘물과 생명의 실마리 찾기’다. ESA의 주스가 탐사할 가니메데ㆍ칼리스토ㆍ유로파 세 곳은 ‘얼음’이 존재하는 목성의 위성들이다. 이 중 가장 주목받는 위성은 유로파다. 유로파는 지름이 3121.6㎞로, 지구의 달보다 조금 작다. 20~30㎞ 두께의 얼음이 지각처럼 표면을 덮고 있으며, 태양계 내에서 지구 밖 생명체 존재 가능성이 큰 곳 중 하나로 주목받는 곳이다. 두꺼운 얼음층 아래에는 100㎞가 넘는 깊이의 바다가 형성되어 있는 것으로 추정된다. 2013년 12월에는 유로파 표면에서 분출하는 물기둥이 발견됐다. 유로파 탐사선 유로파 클리퍼는 다양한 관측 장비를 탑재한 채 40차례 이상 유로파 주위를 지나가며 정보를 수집할 예정이다. 특히 얼음 지층을 뚫고 분출되는 물기둥을 직접 채집해 성분을 파악한다는 목표도 세워두고 있다.

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"생명이 산소만 마신다는 건 지구적 시각"

가니메데도 얼음 지표면 아래 바다를 숨기고 있는 얼음 위성이다. 지름이 5262㎞로, 태양계에서 가장 큰 위성이다. 행성의 막내인 수성보다 크고, 태양계 위성 중 유일하게 자체 자기장까지 가졌다. 태양계에서 셋째로 큰 위성인 칼리스토는 지름이 4821㎞로, 수성 크기의 99%에 달한다. 암석과 얼음이 거의 같은 비율로 구성되어 있다. NASA의 목성탐사선 갈릴레오(1989~2003년)는 칼리스토에 깊이 100㎞가 넘는 지하수가 존재할 가능성을 밝혀내기도 했다.
가니메데ㆍ칼리스토ㆍ유로파 모두를 탐사하는 ESA 주스에는 두꺼운 얼음층을 투과하는 레이더와 중력장 측정 장치, 레이저 고도계, 광학 카메라 등 원격 감지와 지형 관측을 위한 10개 탐사 장비가 실려있다. 이를 통해 세 얼음위성의 지각 아래에 실제로 큰 바다가 있는지와, 생명체 존재를 확인한다는 목적이다.
심채경 한국천문연구원 선임연구원은 “목성의 얼음위성들엔 지표면이 두꺼운 얼음으로 덮여있고 그 아래 소금물로 된 바다가 있을 것”이라며 “물은 당연히 생명체를 존재하게 하는 데 가장 중요한 요소”라고 말했다.

NASA의 드래곤플라이가 탐사할 토성의 가장 큰 위성(지름 5151㎞)인 타이탄은 태양계 위성 중 유일하게 짙은 대기를 가지고 있다. 대기는 질소(98.4%)로 구성돼 있다. 하늘에선 메탄이 비가 되어 내리고, 땅에선 메탄의 강과 바다가 출렁인다. 대기가 있고, 비가 내리는 곳이라니, 지구처럼 따뜻한 세상일 것 같지만, 실은 메탄이 기화되는 ‘끓는점’(섭씨 영하 -161.5도)을 생각하면 영하 100도 이하의 극한 세상이다. 그럼에도 타이탄에 생명체가 살아갈 가능성은 여전히 있다.
최영준 한국천문연구원 책임연구원은 “물(H2O)이 구름과 비가 되어 내리고 그 속의 생명은 산소를 마시고 이산화탄소를 내뿜는다는 건 지구적 시각”이라며 “영하 100도 이하의 환경에서 메탄이 비가 되어 내리고 바다를 이루는 순환환경에 맞춰 살아가는 생명체도 있을 수 있다”고 말했다.


최준호 과학ㆍ미래 전문기자, 논설위원 joonho@joongang.co.kr

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