태양계 밖의 행성을 탐색하다

하늘에 보이는 모든 별에는 적어도 하나 이상의 행성이 공전하고 있다고 천문학자 사라 시저가 말합니다. 그렇다면 우리가 이런 외계행성에 대해 아는 것은 무엇이고, 어떻게 더 많이 발견할 수 있을까요? 시저는 그녀가 가장 좋아하는 외계행성 무리를 소개하고 이들에 대한 정보를 더 모을 수 있게 --심지어는 생명체를 찾는 일을-- 도와주는 새로운 기술도 보여줍니다.

저는 오늘 외계 생명체를
찾는 일에 대해 알려드리려고 합니다.

반짝이는 UFO에서 등장하는
조그마한 녹색의 눈큰 외계인도 좋지만

그런 거 말구요,

바로 별에서 아주 멀리 떨어져
공전하는 행성들을 찾는 일입니다.

우리가 보는 별은 모두 태양입니다.

우리 태양이 행성들

수성, 금성, 지구, 화성 등을
가지고 있다면

다른 별들에도 당연히 행성이 있겠죠?

맞습니다.

지난 20여년 간,

천문학자들은 수 천 개의
외계행성을 발견했습니다.

밤하늘은 말 그대로
외계행성들로 바글거립니다.

통계적으로 말하자면,

모든 별에는 적어도
하나 이상의 행성이 있습니다.

행성을 찾아온 과정에서,

또 앞으로 지구와 비슷한
행성을 찾는 과정에서

인류가 수세기동안 직면해있던

가장 놀랍고도 신비로운 의문에 대해

답을 찾을 수 있을지도 모릅니다.

우리는 왜 지구에 사는가?

우주는 왜 존재하는가?

지구는 어떻게 만들어 졌으며
변해왔는가?

어떻게 그리고 왜 지구에서
생명체가 생겨날 수 있었는가?

우리가 종종 생각하는
또 다른 질문은 이렇습니다.

우주에는 우리 밖에 없는 것일까?

외계에도 생명체가 있을까?

어떤 생명체가 있을까?

이런 질문들은 지난 수 천년간
존재해 왔습니다.

못해도 그리스 철학자들 부터
시작됐다고 봐야죠.

하지만 전 이런 의문의 답에
우리 인류가 얼마나 근접했는지

말씀드리려고 합니다.

인류 역사상 이 정도까지 근접한 것은
거의 최초입니다.

자, 외계 생명체의 가능성을 생각할 때

저는 태양이 수 많은 별 중
하나라는 사실을 떠올립니다.

이것은 실제 우주의 사진입니다.

은하수가 이 우주와
비슷하다고 생각하죠.

이는 모여있는 별들의 집합입니다.

태양은 수 천억개의 별 가운데 하나이고

우리가 속한 은하계는
수 천억개의 은하계 중 하나일 뿐입니다.

소행성들이 아주 흔하다는 걸 고려하면

그 수가 얼마나 될 지
대략 셈이 나오죠.

너무도 많은 별들이 있고
또 너무나 많은 행성들이 있으니까

어딘가에 생명체도 분명 있겠죠.

이런 말을 하면 생물학자들은
화를 내기도 합니다.

지구 밖에도 생명체가 있다는
증거가 전혀 없기 때문입니다.

우리 은하계를 멀리에서 바라 볼 때

태양이 있는 쪽으로 확대해 본면

진짜 별들의 지도를 볼 수 있습니다.

표시된 별들은
외계행성으로 알려져 있습니다.

이건 정말 빙산의 일각일 뿐입니다.

여기 보시면, 태양계를 향해서
확대해 들어오고 있죠.

여기선 행성들이
또 몇몇의 우주선들도

태양을 공전 하고 있는 게 보입니다.

북미 서쪽 해안에서

밤하늘을 올려다보면

봄에는 이런 풍경이 보일겁니다.

별자리들이 펼쳐진 게 보이시죠.

물론, 행성과 별들도 많이 보이죠.

그 중에는 특이하게도 수천개의 행성들이
모여있는 부분도 있습니다.

케플러 천체 망원경으로
수년 간 집중적으로 관측한 부분이죠.

제가 좋아하는 외계행성을 하나
확대해서 볼까요.

이 별은 케플러186F는 별인데

5개의 행성을 가지고 있습니다.

그리고 우리는 이 외계행성들에 대해
아직도 모르는 게 많습니다.

크기나 궤도 뭐 이런 건 알지만

케플러186F라는 행성은
아주 특별합니다.

이 행성은 자신이 공전하는
태양에 가까이 있습니다.

이 행성의 온도는 생명체가 존재하기에
알맞을 수 있다는 게 추측입니다.

이것은 이 행성이 어떤 모습일지

확대해 본 상상의 이미지입니다.

많은 사람들이 천문학자에 대해
로맨틱한 환상을 가지고 있습니다.

망원경을 들고 홀로 산마루에 올라

커다란 망원경으로
밤하늘의 장관을 감상하는거죠.

하지만 실상은 저희도 다른 사람들처럼
컴퓨터 앞에 앉아 일합니다.

이메일로 자료를 주고받고
전산망에서 다운로드하죠.

하지만 오늘 여러분께는

좀 지루할 수도 있는 자료들과 자료분석

그리고 복잡한 컴퓨터 상의
모델을 만드는 얘기 대신

외계행성들에 대한 생각 몇가지를

색다른 방법으로 설명해 보려고 해요.

보시는 것은 여행 홍보지에요.

케플러186F 입니다.

이곳의 식물들은 모두 빨간색 입니다."

왜냐하면 케플러 186F는
붉은 별 주위를 공전하기 때문입니다.

우리는 이 행성에 식물이
있을 것으로 추측하고 있고요

만약 광합성 식물이 자라고 있다면

붉은 색 입자를 가졌을 겁니다.

"HD 40307G의 중력을 경험해 보세요,

슈퍼 지구에서요."

이 행성은 지구보다 크고

표면의 중력도 더 강합니다.

"케플러 16B에서 휴식을 취하세요!

이 곳에선 당신의 그림자도
친구가 있어요."

(웃음)

두 개의 태양을 공전하는 행성들은
우리가 아는 것만도 수십개 입니다.

그리고 실제로는 더 많이 있을 겁니다.

만약 이런 행성에 갈 수 있다면

말 그대로 두 개의 석양을
볼 수 있을 겁니다.

그림자도 두 개겠죠.

그러니까 사실 공상과학 장르가
맞는 부분도 있는 거에요.

스타워즈의 타투인 같은 거요.

또 다른 외계행성에 대해서도
소개해 드릴게요.

이 행성은 케플러 10B 입니다.

정말이지 뜨거운 행성이죠.

이 행성은 지구에서 태양까지의 거리보다

50배나 짧은 거리에서 공전합니다.

사실, 이 행성은 너무 뜨거워서

이런 행성에 갈 수는 없습니다.

하지만 만약 가능하다면,
아마 닿기도 전에 녹아버리겠죠.

표면은 바위도 녹일만큼 뜨거워서

액체상태의 용암호수가 있을겁니다.

글리제 1214B 입니다.

이 행성은 그 부피와 크기가 작고

밀도가 낮은 것으로 알려져 있습니다.

그런데 따뜻해요.

이 행성에 대해서는 별로 아는게 없지만

물로 구성된 행성일 가능성이 있습니다.

목성을 공전하는 얼음 위성과 비슷하지만

크기가 좀 더 크고 50%가
물로 덩어리져 있습니다.

이 경우라면, 두꺼운 수증기 층이

바다 위를 덮고 있을겁니다.

액체 상태의 물이 아닌

초 유동체라는 특이한 형태의 물입니다.

기체도 액체도 아닌 물이죠.

그 아래로는 돌덩어리가 있을 겁니다.

고압축된 얼음의 형태겠죠.

아이스나인 처럼요.

외계의 이 모든 행성들은

믿기 힘들 정도로 제각기 다양합니다.

우리는 인간이 살기에 이상적인
행성을 찾고 싶어합니다.

너무 크지도, 너무 작지도 않고

너무 뜨겁지도, 너무 춥지도 않은

생명체가 살 수 있는 행성이죠.

생명체가 살 수 있는지를 알려면

행성의 대기가 어떤지
알아 봐야합니다.

왜냐하면 대기는 열을 유지할 수 있게
담요같은 역할을 하기 때문입니다.

온실효과 처럼요.

때문에 다른 행성에도 이와 비슷한
온실가스가 있는지를 알아보아야 합니다.

공상 과학물에 잘못 나온 것도 있습니다.

스타트렉 엔터프라이즈호는

매우 먼 거리를
엄청난 속도로 이동한 뒤

다른 행성을 공전하게 됩니다.

일등 항해사 스포크가 대기를 분석해

그 행성에 살 수 있는지

혹은 생명의 흔적이 있는지를
살피기 위해서 말이죠.

실제로 다른 행성의
대기상태를 보기 위해

시공간이 왜곡될 정도의 속도로
비행 할 필요는 없습니다..

물론 다른 엔지니어들이
이 방법을 시도해 보는걸

말리고자 하는건 아니에요.

사실, 다른 행성의 대기 상태를 이 곳
지구 안 팎에서 연구하고 있습니다.

이 사진은 허블 우주 망원경입니다.

사람을 태운 마지막 우주왕복선인
아틀란티스 호가

허블에서 멀어지면서 찍은 사진입니다.

외계행성의 대기를 조사할 수 있는
새 카메라를 장착하고 있습니다.

지금까지 수십 개의 외계행성의
대기상태를 연구해왔고

6개 정도는 아주 면밀히
볼 수 있었습니다.

하지만 이 행성들은
지구처럼 작지 않습니다.

크고 뜨거워서 잘 보이는 행성들이죠.

아직까지는 작은 외계행성을 연구할
적절한 기술이 없습니다.

하지만 그럼에도 불구하고,

저는 외계행성의 대기를
어떻게 연구하는지 얘기하고 싶습니다.

잠깐, 무지개를 떠올려 보세요.

이 무지개를 가까이서 보면

어두운 선들이 보이지 않는 다는 걸
알 수 있습니다.

이것은 태양빛입니다.

태양의 백색빛을 물방울이 아닌

분광기를 통해 분사시킨 것 입니다.

여기 세로로 된 검은 선들이 보이시죠?

어떤 건 얇고 어떤 건 넓고

어떤 건 끝이 희미합니다.

이는 실제로 천문학자들이
우주의 물질들을 연구해 온 방식입니다.

말 그대로, 100년이 넘도록 말이죠.

서로 다른 각각의 원자와 분자들은

고유의 선 형태를 가지고 있습니다.

사람의 지문처럼요.

이것이 외계행성의 대기상태를
연구하는 방식이기도 합니다.

20년 전 제가 이 연구를
시작하던 순간을 잊을 수 없습니다.

정말 많은 사람들이 저에게,
"그런 연구는 불가능해.

왜 사서 고생을 해?"

그래서 현재까지 진행된 연구 결과에
대해 말씀 드릴 수 있어 기쁩니다.

이것만을 연구하는 고유한 분야거든요.

그러니까 다른 행성의 경우,
제 2의 지구를 발견해서

미래에 관찰할 수 있게 되었을 때

우리가 찾고자 하는 기체는 무엇일까요?

지구의 대기에는 산소가 있습니다.

20%를 차지하고 있죠.

꽤 많은 양입니다.

하지만 식물이나 광합성 작용이 없다면,

산소도 없었을 겁니다.

지구의 대기에도 사실상 산소가 없겠죠.

그러니까 산소는 생명체로부터 나옵니다

우리의 목표는 다른 행성의 대기에
어떤 기체가 존재하는지,

어떤 기체가 존재하지 않는지를
알아내는 것입니다.

생명체에 도움이 될 기체를요.

그런데 어떤 분자를 찾아야 할까요?

외계행성들이 얼마나 다양한지
아까 설명을 드렸었죠.

계속 하다보면 언젠가 미래에

제 2의 지구를 찾을거라고 생각합니다.

이게 지금하는 연구 중 하나입니다.

전 가설을 세워봤습니다.

그래서 생각난 것인데,

거의 매일 저는 이메일을 받습니다.

사람들은 중력의 물리법칙이나
우주학 뭐 그런 것에 대한

말도 안되는 가설을 주장합니다.

그러니까 그런 메일은 보내지 마세요.

(웃음)

왜냐하면 저만의
가설이 있기 때문이죠.

누가 MIT교수한테 가서 이야기 할까요?

저는 생리의학 부문의 노벨상 수상자
교수님께 메일을 보냈습니다.

"물론, 와서 얘기해요."라고 하셨죠.

그래서 생화학 전공인 친구 둘과

우리의 가설에 대해
이야기하러 갔습니다.

생명체가 모든 소형 분자들,
아주 다양한 분자들을

생성한다는 가설이었습니다.

화학만 빼고 제가 아는 모든 지식을
쏟아부은 가설이었죠.

생각해 보세요.
이산화탄소, 일산화탄소,

분자 수소, 분자 질소,
메탄, 염화 메틸,

다양한 기체들이
모두 다른 목적으로 존재합니다.

오존마져도 생명체가
만들어 낸다는 것을요.

그래서 교수님께 가서 이 이야길했더니

교수님은 그 즉시
우리의 가설을 묵살하셨어요.

산소가 없다는 반례로 말이죠.

그래서 다시 처음으로 돌아와서

다른 분야에서 아주 흥미로운 점을
발견했다고 생각했습니다.

다시 외계행성으로 돌아와서요

생명체가 다양한 종류의 기체를
생성한다는 것이 핵심입니다.

말 그대로 수천 가지를 만들어내죠.

그래서 우리가 알아내려고 하는 것은

어떤 종류의 외계행성이

어떤 기체가 생명유지에
도움이 되냐는 겁니다.

그래서 외계행성의 대기에서

기체를 발견하게 됐다고 해도

그 기체가 생긴 이유가
지능을 가진 외계인 때문인지,

아니면 나무 때문인지
혹은 늪 때문인지는 모릅니다.

그도 아니면 미생물에 의해
생겼을지도 모르는거구요.

모델을 가지고 연구하는 것과

생화학을 연관시키는 것은

모두 순조로웠습니다.

하지만 저희가 직면한
정말 큰 문제는 "어떻게?" 입니다.

이런 행성들을 어떻게 찾을 건가요?

행성을 찾는 방법은 사실 다양합니다.

몇 가지 방법이 있죠.

하지만 제가 가장 관심있는 건
어떻게 관문을 여는가 입니다.

그래서 미래에는,

수 백개의 지구를 찾을 수 있게요.

우리는 외계 생명체를 찾을 수 있는
가능성이 아주 큰데

특히 얼마전 마친 2년간의 프로젝트

스타쉐이드(starshade)라는
특별한 형태의 연구를 통해

한 발짝 더 가까이 왔습니다.

스타쉐이드는 특별한 형태의 스크린인데

이것을 쏘아올려 별빛을 차단하는 것이

연구의 목표였습니다.

그러면 망원경으로
행성을 직접 볼 수 있거든요.

여기 보시면 저와 두 팀원이

스타쉐이드의 작은 부분을 들고 있죠.

원래는 커다란 꽃 모양인데

이건 초기 모델의 꽃잎 중 하나입니다.

스타쉐이드와 망원경을 함께 쏘아올린 후

접혀진 꽃잎을 펼치도록 합니다.

중앙의 고정대가 확장하면서

꽃잎들이 맞물려 위치를 잡아가는 거죠.

이 장치는 아주 정교하게 만들어져서

말 그대로, 꽃잎은 미이크론 단위이고

밀리미터 단위로 배치됩니다.

이 전체 구조물은 망원경에서

수만 킬로미터 떨어져야 하고요.

직경이 수십미터 정도입니다.

별빛을 매우 세밀하게
차단하는 것이 목적입니다.

행성을 직접적으로 볼 수 있게 말이죠.

이런 특별한 모양이어야 하는 이유는
굴절 물리법칙 때문입니다.

이것이 실제 저희의 연구결과입니다.

얼마나 어려웠는지 못 믿으실거에요.

이번에는 시뮬레이션 영상이 아닌

실물 사진을 보여드리겠습니다.

이것은 실험실에 설치 해 논
2세대 모델의 발사 모형입니다.

그리고 말씀 드리고 싶은 건,

중앙 고정대는 우주에서 활용할 수 있는

대형 라디오에서 영감을 얻은 것입니다.

이 모든 어려운 작업 끝에,

우주에 있을 모든 종류의 기체를
알아내려고 노력하고

아주 복잡한 우주망원경을 만들고

이 다음에는 이제 무엇을 찾게 될까요?

최선의 경우에는

외계 지구의 모습을 찾게 될 겁니다.

여기 희미한 푸른 점이 지구입니다.

이는 실제 지구의 사진입니다.

우주왕복선 보이저 1호가 찍은거죠.

40억 마일 떨어져서요.

붉은 빛은 그냥 카메라 렌즈에
흩어진 빛입니다.

하지만 고려해 볼 만한 점은요

만약 지능을 가진 외계인이

우리와 가까운 별의 행성에 살고 있고

우리가 만들려는 그런 망원경의

완성본을 제작해냈다면

그들이 볼 수 있는 건
이 희미한 푸른 점이 전부입니다.

아주 조그마한 빛이죠.

가끔씩 이런 생각을 합니다.

제 직업적 노력, 큰 야망 같은 것은

우주의 거대함에 비하면

보잘 것 없는 것일 수 도 있습니다.

그럼에도 불구하고 저는
제 남은 삶을 다 바쳐서

또 다른 지구를 찾을 겁니다.

그리고 저는 장담할 수 있습니다.

차세대 우주 망원경,
2세대 우주 망원경을 통해서는

다른 지구를 찾고 인식해 낼
능력을 가지게 될 겁니다.

별빛을 분산시켜서

기체를 찾을 수 있게 되고

대기중의 온실가스를 찾게 되면

표면의 온도를 측정하고

생명의 징후도 찾을 수 있을 겁니다.

하지만 더 있죠.

지구와 같은 행성을 찾는 일을 하며

우리는 새로운 방식의
지도를 제작 중입니다.

근처의 별들과
그걸 공전하는 행성의 지도죠.

인간이 살 수 있는 행성을 포함해서요.

저는 우리의 후손들이

수 백년이 지난 후에

다른 세계로 행성간 여행을
떠나는 모습을 그려봅니다.

후손들은 우리를 기억할 겁니다.

지구와 같은 새로운 행성을
최초로 찾아낸 세대로요.

감사합니다.

(박수)

준 코헨(J.H.): 질문을 하나 드리겠습니다.

로제타 미션의 메니저인
프레드 젠슨(F.J.)입니다.

F.J.: 강연 중간에

지구같은 외계행성의 스펙트럼을
직접 볼 수 있는 기술이

아직까지 없다고 말씀하셨는데

언제쯤 기술이 완성될 것 같나요?

또 뭐가 필요하죠?

사라: 사실, 저희가 기대하는 건
차세대 허블 망원경이라고 부르는

제임스 웹 우주 망원경입니다.

2018년에 쏘아올릴 예정이에요.

이걸로 저희가 하려는 일은,

"일시적 외계행성"이라 불리우는

특별한 행성들을 찾는 겁니다.

거기서부터 작은 행성들에
사람이 살 수 있음을 시사하는

기체가 있는지 연구가 시작되는 거죠.

J.C.: 그럼 관련해서 하나 더
일반적인 질문을 드릴게요.
.

저는 당신이 부딫혔던
많은 반대론을 듣고

상당히 충격을 받았어요.

외계행성에 대한 가설을 세웠을 때

과학계에서는 그 존재에 대해
상당히 비판적이었거든요.

그런데 그들이 틀렸다는 걸 증명해냈죠.
그 과정이 어땠나요?

사라: 과학자로서 중요한 것은

의구심이 있어야 한다는 거에요.

사실 저희의 일이라는 건
다른 사람의 주장이

말이 되는지 아닌지를
확실하게 판단하는 것이니까요.

하지만 과학자의 한 사람으로

이 강연에서 보셨겠지만

탐험가가 되는 것과 비슷하죠.

어마어마한 호기심과
고집이 있어야죠.

이런 확고한 의지로 계속 나아가야해요.

다른 사람들이 뭐라고 하든 말이죠.

J.C.: 좋은 말이네요. 고마워요, 사라

(박수)