외계 바다에서의 삶은 어떨까

유럽 ​​우주국은 목성의 위성이 얼어붙은 표면 아래 바다에서 생명을 유지할 수 있다는 징후를 찾기 위해 우주선을 발사했습니다. 만약 가능하다면 유기체는 어떻게 생겼을까요?

최근의 발견으로 인해 천체생물학자들은 달이 우리 태양계에서 외계 생명체가 살기에 가장 유망한 곳이라고 생각하게 되었습니다. 그리고 이제 다음 10년 동안 여러 주요 우주 임무가 계획되어 그곳에서 생명체의 단서를 찾고 있습니다.

우리 주변 행성과 달리 일부 위성에는 액체 물이 풍부합니다. 예를 들어 목성의 위성인 유로파는 지구의 모든 바다를 합친 것보다 더 많은 액체 물을 포함하고 있는 것으로 생각됩니다. 이 물과 그 안에 있는 모든 생명체는 수 킬로미터 깊이의 두꺼운 표면 얼음 층으로 인해 우주 방사선과 소행성 충돌로부터 보호됩니다.

유로파에 생명을 유지할 수 있는 조건이 있는지 조사하는 임무가 10월 14일에 이륙할 것으로 예상됩니다. NASA의 클리퍼 임무는 달에 도달하는 데 6년이 걸리며, 그 발견은 우리가 거주하는 태양계에 대한 우리의 이해를 근본적으로 바꿀 수 있습니다.

목성의 얼음 위성을 탐색하다

목성의 얼음 위성에서 생명체가 살 수 있는지 조사하는 임무가 8년간의 여정을 시작했습니다 .

유럽 ​​우주국(ESA)의 목성 얼음 위성 탐사선(줄여서 주스)은 칼리스토, 유로파, 가니메데를 방문하여 얼음 표면 아래 바다에서 생명체가 살 수 있는 적절한 조건이 있는지 평가할 예정입니다.

이 탐사선은 금성과 지구의 중력을 이용해 태양계를 통과하는 우회 경로를 따라 이동하며 목성을 향해 발사될 예정이며, 2031년 7월 목성에 도착할 것으로 예상됩니다.

우주선은 달 표면을 지도화하고 얼어붙은 껍질 아래를 들여다보기 위해 10개의 다른 기구를 탑재합니다. 가니메데 주위 궤도에 정착하기 전에 달을 35번 가까이 지나갈 것입니다. 

토성의 위성 엔셀라두스와 유로파에서 물기둥이 솟아오르는 것을 발견한 것은, 이들 행성이 태양이 아닌 핵에서 발생하는 방사성 붕괴로 작동하는 내부 발전기나 공전하는 행성의 중력에 의해 발생하는 조석 열로 가열된 액체 해양을 유지할 수 있을 만큼 따뜻한 내부 공간을 가지고 있을 수 있다는 것을 시사합니다.

현재 유로파, 엔셀라두스, 칼리스토, 가니메데를 포함한 여러 위성에 물의 바다가 있다는 증거가 있습니다. 올해 6월에 발표된 한 연구에 따르면  엔셀라두스 바다의 나이는 약 10억 년이라고 추정됩니다. 다른 연구자들은 수십억 년이 되었을 수도 있다고 제안했습니다.   생명체가 진화하기에 충분한 시간입니다.

이러한 바다는 지구의 바다와 마찬가지로 염화나트륨을 함유하고 있어 소금기가 많을 것으로 생각되며, 이는 지구와 유사한 생명체의 가능성에 또 다른 희망을 가져다줍니다.

또한, 액체 물과 바다 아래의 바위 맨틀 사이에 인터페이스가 있을 가능성이 높습니다. 과학자들이 지구에서 생명의 기원으로 이어졌다고 생각하는 흥미로운 화학의 핵심 성분입니다.  예를 들어, NASA의 카시니 임무는 엔셀라두스의 물 깃털에서 달의 해저에 열수 분출구가 존재한다는 것을 암시하는 분자를 감지했습니다.

비슷한 통풍구가 지구의 깊은 바다에 존재하는데, 마그마가 소금물을 만나 열, 화학 물질, 그리고 일부 과학자들이 생명체가 지구에서 처음 진화하는 데 필요하다고 생각하는 복잡한 화학 물질에 도움이 되는 기질을 제공합니다. 지구 바다 표면 아래 깊은 곳에는 목성과 토성의 위성의 바다처럼 햇빛이 거의 없습니다. 하지만 그렇다고 해서 생명체가 없다는 것은 아닙니다. 사실 지구에서는 그런 통풍구가 생명체로 가득합니다.

약 20년 전   외계인의 자연사(Natural History of an Alien )에서는 유로파의 심해 열수구 주변에 전체 생태계가 있을 수 있다고 제안했습니다. 과학자 팀은 박테리아가 화학 합성을 사용하여 열수구에서 에너지를 추출하고 바다 바닥에서 수 마일 높이로 솟아오른 퇴적물의 높은 관을 만들어 먹이 사슬의 기반을 형성할 것이라고 제안했습니다.

외계 해양 생물에 대한 우리의 비전은 우리 행성에 서식하는 몇몇 이상한 생명체에 의해 지나치게 영향을 받았을 수도 있습니다.

물고기와 같은 초식동물과 같은 다른 동물들은 그 튜브를 뚫고 대량의 박테리아를 빨아들여 먹이로 삼습니다. 그들은 영역을 지키며 경쟁자로부터 초식 동물을 방어합니다. 그리고 그들은 속도를 위해 유선형으로 변형된 상어와 같은 동물에게 먹이가 되며, 반향 탐지를 사용하여 먹이를 감지합니다.

이는 대부분 과학자들이 기대하는 것보다 훨씬 더 진보된 것입니다.

하버드 대학교 지구 및 행성 과학 교수인 앤드류 놀은 지구에서도 지구 역사의 약 90% 동안 존재했던 유일한 생명체는 미생물이었다고 말합니다. 따라서 우주에 생명체가 있다면 미생물일 가능성이 높다고 놀은 말합니다. 유로파나 엔셀라두스와 같은 곳에서는 에너지를 얻기 위해 전적으로 화학 합성에 의존해야 하므로 아마도 작은 바이오매스만 지탱할 수 있을 것입니다.

토성의 위성 엔셀라두스 표면에서 물기둥이 솟아오르는 모습이 포착됐다

하지만 그러한 생태계는 여전히 가능할 수 있다고 천문학 교수이자 우주에 생명이 풍부한지 여부를 발견하기 위한 다학제 연구를 지원하는 센터인 하버드 생명 기원 이니셔티브 의 디미타르 사셀로프는 말한다 . 유로파의 바다가 차갑고 에너지가 부족하다고 해서 더 작은 규모의 복잡한 생태계가 진화할 수 없다는 것은 아니다.

"추측은 재밌어요." 사셀로프가 말했다. "제 직감으로는 거기에는 작지만 포식적이고 단일 세포가 아닌 다세포 유기체인 진화적 혁신 공간이 많이 있을 수 있다는 것입니다."

우리가 방문하려고 계획하고 있는 또 다른 달은 완전히 다른 퍼즐을 안겨줍니다.

 

만약 생명체가 있다면 그것은 물이 아닌 메탄에 의존할 것이고 우리가 모르는 이국적인 생명체일 것입니다.

토성의 위성인 타이탄은 지구 너머에서 표면에 안정적인 액체가 있는 것으로 알려진 유일한 세계입니다. 카시니 임무 의 하위헌스 탐사선 이 2005년에 그곳에 착륙했을 때, 지구와 비슷한 풍경, 즉 강바닥과 바다의 사진을 보냈습니다 .

하지만 타이탄의 구름, 비, 바다는 물이 아니라 지구의 천연가스 성분인 액체 메탄과 에탄으로 이루어져 있습니다. 거기에 존재하는 물은 표면 온도가 약 -180C(-292F)이기 때문에 바위와 산으로 굳어집니다.

즉, 풍경은 익숙해 보일지 몰라도 실제 조건은 완전히 이질적입니다. 생명체가 있다면 물이 아닌 메탄에 의존할 것이고, 우리가 모르는 생명체인 이국적일 것입니다 . 진짜 외계인이죠.

사셀로프는 타이탄에 생명체가 존재할 가능성이 있고 그럴듯하지만, "완전히 다르고 독립적인 생화학"을 가지고 있다고 말한다. 그의 장기적인 목표는 대체 생화학이 있는지 알아내고 실험실에서 그것을 만드는 방법을 찾는 것이다.

지구의 심해 열수구 주변에 떼지어 사는 생명체는 외계 바다 밑바닥에서 생명체가 어떤 모습일지에 대한 단서가 될 수 있습니다. 

지구의 생명은 인지질로 만들어진 세포막에 의존합니다. 인지질은 인-산소로 구성된 머리와 탄소 사슬로 구성된 꼬리로 이루어진 분자 사슬로, 서로 결합하여 물 속에서 유연한 막을 형성합니다.

메탄 기반 생명체는 세포를 형성하기 위한 대체 방법이 필요할 것입니다.

화학공학자 폴렛 클랜시가 이끄는 코넬 대학 팀은 2015년 질소, 탄소, 수소로 만든 작은 분자가 타이탄의 환경에서 생존에 적합한 세포를 만들 수 있다는 것을 보여 주었습니다 .

그 이후로 NASA 연구원들은 타이탄 대기에 비닐 시안화물이 존재한다는 것을 확인했습니다 . 이는 그러한 세포막을 제공할 수 있는 유기 화합물입니다. 따라서 적어도 이론상으로는 타이탄의 광대한 메탄 바다에서 매우 다른 생명체를 형성할 수 있는 세포가 물리적으로 존재할 수 있습니다.

 

우리는 실제로 삶의 한계가 무엇인지 모릅니다 - 데이비드 샤보노

"어떤 면에서, 우리가 지구에서 보는 것은 우연의 문제입니다." 미국 애리조나 주립 대학의 천체생물학자 테레사 피셔가 말했습니다. 그녀는 우리가 다른 세계의 삶에서 볼 수 있는 "엄청난 양의 잠재적 다양성"이 있다고 말했습니다.

캘리포니아 대학교 데이비스 캠퍼스의 인류학 명예교수인 사라 블래퍼 허디는 "새로운 틈새 시장을 차지하는 새롭고 매우 다양한 유기체의 형광이 등장할 수도 있습니다."라고 덧붙였습니다. "이러한 생물 중 하나가 고래나 코끼리처럼 사교적이고, 지적이고, 소통적이며, 침팬지나 오랑우탄처럼 조종적이고, 손재주 있고, 영리하게 진화한다고 가정하더라도, 그들이 결국 더 정교한 기술적, 문화적 능력을 진화시킬 수 없는 이유는 없다고 생각합니다."

펜실베이니아 대학의 고생물학자 로렌 살란은 외계 생명체가 미생물일 것이라고 생각하는데, 미생물이 될 수 있는 방법에는 한계가 있습니다.

다세포 외계인에 관한 한, 상황은 더 복잡해질 수 있다고 그녀는 말한다. "우리는 그들이 같은 종류의 일을 하고 있다는 것을 알 수 있을 것입니다. 왜냐하면 모든 것이 에너지를 흡수하거나 에너지를 얻기 위해 물건을 소비하는 데 집중되어 있기 때문입니다." 그녀는 말한다. "하지만 그들이 그것을 하는 방식은 꽤 예측할 수 없을 것입니다."

만약 유로파와 같은 달의 바다에 생명체가 존재한다면, 그것은 미생물일 가능성이 높고 에너지를 제공하기 위해 화학 합성에 의존해야 할 것입니다.

하버드 대학교 천문학 교수인 데이비드 샤보노는 "우리는 생명의 한계가 어디인지 정확히 알지 못합니다."라고 말하며, 이것이 우리가 달을 조사하기 위해 더 많은 탐사선을 보내야 하는 이유라고 덧붙였습니다.

그러니 그런 계획이 있다는 건 좋은 소식이죠.

NASA는 이번 여름 Dragonfly 미션이 2026년에 발사되어 2034년에 타이탄에 도착할 것이라고 발표했습니다. 이 미션은 드론과 같은 우주선을 착륙시켜 수십 개의 유망한 장소를 탐사하고 생명체의 흔적을 찾을 것입니다.

NASA는 타이탄의 가장 큰 북해인 크라켄 마레를 연구하기 위해 자율 잠수함을 보낼 가능성을 모색하고 있습니다. 크라켄 마레는 폭이 약 1,000km(621마일)이고 깊이가 300m(1,000피트)로 추정되며 북미의 대호수와 비슷한 크기입니다. 이것은 다른 세계의 바다를 탐험할 수 있는 첫 번째 기회가 될 것이며, 유로파와 다른 달의 지하수를 탐험하기 위한 미래의 잠수함 설계에 영향을 미칠 수 있습니다. 이 임무는 아직 개념 단계에 있으며, 약 20년 후가 될 것이며, 과학자와 엔지니어는 그러한 잠수함을 만드는 방법을 조사하기 시작했습니다.

 

그러나 이 외계 바다에 어떤 생명체가 존재하는지 실제로 알아내려면 잠수함을 보내야 합니다.

흥미로운 점은 타이탄의 얼음 바깥층 깊숙한 곳에 액체 상태의 물 바다가 있을 것으로 추정된다는 것입니다. 즉, 타이탄 표면에는 액체 메탄을 기반으로 하는 이국적인 생명체가 있을 수 있을 뿐만 아니라, 표면 아래에 지구와 비슷한 생명체가 더 많이 있을 수 있다는 뜻입니다.

단일 세계 내에 다양한 유형의 생명체가 존재할 수 있는 또 다른 가능성은 목성의 위성인 가니메데입니다. 일부 과학자들은 이 위성에 여러 개의 다른 해양 층이 있으며, 서로 다른 깊이와 압력에서 형성되는 다양한 유형의 얼음으로 분리되어 있다고 생각합니다. 이것이 사실이라면, 이론적으로 각 층은 그 깊이의 지역적 조건에 적응한 다양한 생명체를 수용할 수 있습니다.

가니메데는 2023년 4월에 발사된 유럽 우주국(ESA)의 주스(Juice) 임무 에 의해 방문될 예정입니다 . 2031년에 목성에 도착할 예정이며, 또한 이 거대 행성의 다른 두 위성인 칼리스토와 유로파를 방문하여 거주 가능성을 연구하고 생명체의 흔적을 찾을 예정입니다.

클리퍼는 목성을 공전하고 유로파를 여러 번 지나가면서 생명체에 적합한 환경을 제공할 수 있는지 조사할 예정입니다. NASA는 또한 2025년 초에 발사될 수 있는 착륙선을 유로파로 보내는 것에 대해 논의하고 있습니다.

 

토성의 위성은 얼어붙을 정도로 춥지만 두꺼운 얼음 아래에는 여전히 액체 물이 존재합니다

그리고, 엔셀라두스에서 생명체가 있는지 확인하기 위한 임무를 위한 민간의 NASA 지원 계획이 있는데, 올해 말에 승인을 받으면 2025년에 이륙할 수 있을 것입니다.

하지만 이 외계 바다에 어떤 생명체가 있는지 정말로 알아내려면 잠수함을 보내야 하는데, 그런 차량이 바다에 도달하기 위해 몇 킬로미터의 얼음을 뚫어야 하기 때문에 까다로울 것입니다. NASA는 이를 수행하는 방법에 대한 개념적 연구에 자금을 지원하고 있습니다.

 

아직 거기에 생명체가 존재하지 않을 수도 있습니다.

한 가지 개념은 유로파에서 생명체를 찾는 핵 추진 "터널봇 "에 대한 것으로, 시카고 일리노이 대학과 NASA의 과학자들이 워싱턴 DC에서 열린 미국 지구물리학 연합의 2018년 회의에서 발표했습니다. 그들의 봇은 하강하면서 얼음과 물을 샘플링하여 광섬유 케이블을 통해 표면으로 정보를 다시 보냅니다.

하지만, 만약 그곳의 생명체가 정말로 외계로 밝혀진다면, 우리는 그들을 감지하는 데 어려움을 겪을 수도 있습니다. 또한 그곳에 아직 생명체가 전혀 없을 가능성도 있습니다.

하지만 지금으로부터 약 50억 년 후, 태양이 수소 연료를 고갈시키고 적색 거성 단계로 확장되기 시작하여 결국 죽게 되면, 이러한 위성의 얼음이 녹아 지구와 훨씬 더 비슷한 장소로 변할 것입니다. 표면에는 액체 물이 있고 기후가 더 온화할 것이며, 그때 그곳에서 생명이 진화할 가능성이 열리거나 적어도 그을린 지구에서 피난민을 수용할 가능성이 열릴 것입니다.

먼 미래에 우리가 살아남으려면 우리 모두는 이주민이 되어야 할 것입니다. 그리고 우리가 사는 세상이 생명체가 살기에는 너무 뜨거워지는 상황에서도, 이 새롭게 살기 좋은 세상이 우리를 환영해주기를 바랄 것입니다.