우리는 혼자일까? 이 질문은 인류 자체만큼이나 오래되었다. 오늘날 천문학의 문제는 지구 너머의 생명체를 찾는 데 초점을 맞추고 있다. 종으로서, 행성으로서 우리는 혼자일까? 아니면 다른 곳에 생명이 있는 걸까?
일반적으로 이 질문은 이상한 녹색 버전의 인간에 대한 비전을 불러일으킨다. 그러나 생명은 우리보다 더 중요하다. 동물, 물고기, 식물, 심지어 박테리아까지 우리가 우주에서 찾고 있는 모든 종류의 것들이다.
지구상의 생명체에 관한 한 가지 사실은 그것이 대기의 화학적 구성에 흔적을 남긴다는 것이다. 그래서 멀리서도 보이는 그런 흔적은 우리가 외계인을 사냥할 때 찾는 것이다.
영국과 미국의 과학자들은 지구에서 약 124광년 떨어진 K2-18b라는 행성의 대기에서 매우 흥미로운 화학적 흔적을 보고했다. 특히 그들은 지구상에서 생명체에 의해서만 생성되는 물질을 발견했을 수도 있다.
엑소플래닛 K2-18b를 만나보라.
K2-18b는 다른 별을 공전하는 흥미로운 외계 행성이다. 2015년 케플러 우주망원경의 K2 임무로 발견된 이 행성은 아해왕성(sub-Neptune)이라고 불리는 일종의 행성이다. 짐작했겠지만, 이것은 우리 태양계의 해왕성보다 작다.
이 행성은 지구보다 약 8.5배 더 무겁고, 우리 태양보다 훨씬 온도가 낮은 적색왜성이라는 일종의 별을 공전하고 있다. 그러나 K2-18b는 해왕성보다 별에 훨씬 더 가까운 궤도, 즉 거주 가능 구역이라고 부르는 곳에서 궤도를 돌고 있다. 이곳은 너무 덥지도 춥지도 않은 곳으로, 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 곳이다(얼음으로 얼거나 끓어 증기로 변하는 대신).
지구는 (분명한 이유로) 암석 행성이라고 불리는 것이지만 해왕성 이하의 행성은 가스 행성이며 훨씬 더 큰 대기에 수소와 헬륨이 많이 포함되어 있다. 대기에는 다른 요소도 포함될 수 있다.
이는 K2-18b에 대한 흥분을 불러일으킨다.
대기의 지문을 채취하는 방법
이 행성은 케플러 우주망원경에 의해 처음 발견되었는데, 케플러 우주망원경은 먼 별들을 감시하고 행성들이 그 앞을 지나가기를 바랐다. 행성이 우리와 별 사이를 지나갈 때 별은 순간적으로 어두워진다. 이는 행성이 거기에 있음을 알려주는 것이다.
밝기 감소가 얼마나 큰지, 행성이 별 앞을 지나가는 데 걸리는 시간, 이러한 일이 얼마나 자주 일어나는지 측정함으로써 행성의 크기와 궤도를 알아낼 수 있다. 이 기술은 행성을 찾는 데는 훌륭하지만 대기에 대해서는 알려주지 않는다. 대기는 행성에 생명체가 있는지 또는 거주할 수 있는지 이해하는 데 중요한 정보이다.
NASA의 제임스 웹 우주 망원경(2021년 말에 발사된 대형 우주 망원경)이 이제 이 외계 행성의 대기를 관찰하고 측정했다.
망원경은 빛의 색을 매우 세밀하게 측정하여 특정 원자와 분자의 흔적을 감지할 수 있다. 분광학이라고 불리는 이 과정은 원소의 지문을 측정하는 것과 같다.
외계 행성 K2-18b의 대기에서는 메탄과 이산화탄소의 강한 징후와 디메틸 황화물의 약한 징후가 나타났다. 이미지 출처: NASA / CSA / ESA / R. Crawford(STScI) / J. Olmsted(STScI) / N. Madhusudhan(케임브리지 대학교)
각 요소와 분자에는 고유한 색상 특성이 있다. 색상 표시를 볼 수 있다면 약간의 탐정 작업을 수행하고 행성에 어떤 원소나 화합물이 있는지 알아낼 수 있다.
행성에는 자체 빛이 없지만 천문학자들은 K2-18b가 별 앞을 지나갈 때까지 기다렸다가 행성 대기를 통과하는 별빛을 측정하여 대기 중 물질의 지문을 감지할 수 있었다.
외계 해양 방귀?
새로운 연구에서는 많은 양의 이산화탄소와 메탄이 발견되었다. 이것은 해왕성이 아닌 우리 태양계의 지구, 화성, 금성에서 발견되는 것과 유사하기 때문에 흥미롭다.
그러나 소량의 황화디메틸도 발견됐다. 디메틸 황화물은 탄소, 수소 및 황으로 구성된 흥미로운 분자이다.
지구상에서는 일반적으로 약간 냄새가 난다. 하지만 이는 삶 과도 밀접하게 연관되어 있다.
지구상에서 디메틸 황화물을 생성하는 유일한 과정은 생명체이다. 특히 해양 생물과 플랑크톤은 고창의 형태로 이를 방출한다.
그렇다. 과학자들은 외계 해양 방귀에 대한 잠재적인 아이디어에 흥분하고 있다. 그것이 진짜라면. 그리고 삶과 연결된다.
수색은 계속된다
지구에서는 황화디메틸이 생명과 연결되어 있지만, 다른 행성에서는 지질학적 또는 화학적 과정과 어느 정도 관련이 있을 수 있다.
결국, K2-18b는 해왕성과 비슷하다. 우리가 잘 모르는 행성이다. 지난달 연구자들은 해왕성의 구름이 태양의 11년 활동 주기와 밀접하게 연관되어 있다는 사실을 발견했다. 우리는 행성과 그 대기에 대해 배울 것이 많다.
또한 황화디메틸의 측정은 매우 미묘하여 이산화탄소와 메탄만큼 강하지 않다. 이는 신호 강도를 향상시키기 위해 더 자세한 측정이 필요하다는 것을 의미한다.
다른 망원경도 이 노력에 동참해야 할 수도 있다. 칠레의 초대형 망원경에 있는 장비는 다른 별 주위의 행성 대기를 측정할 수 있으며, 호주 사이딩 스프링 천문대에 있는 앵글로 호주 망원경의 Veloce라는 새로운 장비도 마찬가지이다.
그리고 건설 중인 유럽의 PLATO와 같은 새로운 우주 망원경은 우리가 외계 대기를 더 잘 관찰하는 데 도움이 될 것이다.
따라서 K2-18b의 황화디메틸 징후가 생명과 관련이 없을 수도 있지만 여전히 흥미로운 전망이다. 탐험할 것이 더 많이 있다.
이미지 출처: NASA / CSA / ESA / J. Olmsted(STScI) / 과학: N. Madhusudhan(Cambridge University)
