지구 이외에 생명은 있는걸까?
이것은 우주를 연구하는데 있어서 최대의 테마의 하나이며, 우리 인류가 가장 큰 관심을 가지는 수수께끼의 하나이다.
생명이 존재하기 위해서는, 대량의 물을 빠뜨릴 수 없다는 것을 우리는 알고 있으며, 이 조건을 갖춘 태양계에서 최대의 후보지가 되는 것이 목성의 위성 유로파이다.
유로파의 표면은 얼음으로 덮여 있지만, 그 아래에는 광대한 바다가 숨겨져 있다고 생각되고 있고, 생명이 존재하고 있을 가능성이 있는데, 문제는 이 바다에 어느 정도의 산소가 포함되어 있는가 하는것이다.
텍사스 대학 오스틴교가 인솔하는 연구팀은, 최신의 연구 보고에서, 목성의 위성 유로파의 얼음에 덮힌 액체의 바다에는 지구와 동등 레벨의 산소가 포함되어 있을 가능성을 나타냈다.
이것은 태양계 밖에서 생명의 가능성을 탐색하는 데에도 중요한 시사점이 될 것이다.
■ 왜 목성의 위성 유로파에는 바다가 있을까?
어떤 행성에 생명이 존재할 가능성을 생각할 때, 가장 먼저 주목해야하는 것이 거기에 물이 있는가 하는 것이다.
물은 생명의 존재에서 빼놓을 수 없는 물질로, 대량의 액체(즉 바다)가 유지되지 않는 환경에서는 생명이 탄생하기 어려울 것으로 여겨지기 때문이다.
그 때문에 자주 조건으로서 중시되는 것이, 해피 더블 존(거주 가능영역)이라고 불리는 태양으로부터 비교적 가까운 궤도의 영역이다.
이 거리에 행성이 없을 경우, 충분한 태양광에 의한 에너지(열)가 도달하지 않기 때문에, 행성 표면에 액체의 물은 존재할 수 없고, 또한 광합성과 같은 에너지 획득 방법도 제한되기 때문이다.
화성은 과거 바다가 있었던 것으로 나타나기 때문에, 지구 바깥에서 생명이 존재하는 곳으로 주목받고 있지만, 최근에는 태양에 가깝지 않아도 액체의 물이 존재할 수 있는 가능성이 나타나고 있다.
바로 목성의 위성인 유로파이다.
유로파에 바다가 있다는 증거는, 1995년부터 2003년에 목성을 주회한 NASA의 갈릴레오 탐사선으로부터 나왔다.
목성에는 강력한 자기장(방사선)이 유로파를 통과할 때 거대한 바닷물을 통과했다고 해야 설명이 가능한 변이의 특징을 보인 것이다.
또 하나의 증거는, 유로파의 표면이 매우 매끄럽고 크레이터 등 운석 충돌의 흔적이 거의 없다는 것이다. 지구의 달을 봐도 알 수 있듯이, 대부분의 위성과 행성의 표면은 크레이터로 울퉁불퉁해져 있다.
이런 흔적이 유로파에 없다는 것은 유로파 표면의 얼음 밑에는 따뜻하게 상승하는 액체나 얼음의 지질학적인 활동이 있는데, 그것이 표면의 크레이터를 지우고 있다고 볼 수 있는 것이다.
그렇다면, 태양에서 멀리 떨어진 유로파는 표면이 얼음으로 덮여 있으면서 왜 내부에는 액체의 바다를 간직하고 있을까?
그 이유는 유로파가 돌고있는 거대한 목성의 중력 때문이고, 목성과의 조석력에 의해 유로파의 내부는 무한한 사이클로 길어지거나 해방되고 있다.
즉, 고무공을 손 안에서 마구 주무르고 있는 것 같은 상태이다.
이것이 유로파 내부에 충분한 열을 만들어 내고, 그 지열에 의해서 유로파의 얼음 껍질과 지각 사이에서 액체의 바다를 만들어 내고 있다고 생각할 수 있다.
■ 유로파에도 충분한 산소가 있다?
조석력으로 만들어진 열과 액체 바다의 유동은, 유로파의 얼음 표면에 균열, 산등성이 등의 특징적인 지형을 만들어 내는 것으로 여겨지고 있다.
이러한 지형은 카오스 지형이라고 불리며, 유로파 표면의 약 4분의 1을 덮고 있다.
또한 지각과 바다의 경계에서 열에 의한 활동이 있을 경우, 생명의 영양소가 되는 미네랄이 녹아내리고 있을 가능성도 충분히 있는데, 생명에 필수불가결한 화학성분으로 일반적인 원소로 탄소, 수소, 질소, 산소, 인, 유황이 있다.
이들 원소는, 유로파가 형성됐을 때 존재했을 가능성이 높다고 생각되며, 특히 탄소는 이후에도 소행성이나 혜성에 의해 운반되고 있을 가능성이 높다.
문제는, 만약 이 환경에서 생명이 탄생한다고 해도, 그 생명은 어떻게 에너지를 얻고 있는가 하는 것이다.
햇빛이 충분히 닿지 않는 환경 때문에, 광합성을 사용할 수 없게 되면 생명이 에너지를 얻는 방법은 화학반응으로 된다.
이 경우, 중요한 것이 산소이다.
산소는 매우 반응성이 높은 원소이며, 생명이 이용할 수 있는 에너지를 만들어내는 화학반응의 대표주자인데, 지구에서는 조류의 활동이 대량의 산소를 낳았을 가능성이 지적되고 있다.
그러나, 유로파는 원래 산소를 만들어 내는 광합성은 할 수 없다는 이야기였다. 그럼 유로파에 충분한 산소가 생성될 수 있는 가능성은 있는것일까?
사실 목성은 강력한 방사선원이며, 이는 유로파의 희박한 대기 중에 포함된 물분자를 분해하여, 산소와 수소를 생성하는 것으로 보인다. 수소는 가볍기 때문에, 떠오르지만 산소는 표면 부근에 머무르게된다.
이 표면에서 생성된 산소가, 어떠한 방법에 의해서 빙각하의 바다로 흘러 들어갈 수 있으면, 유로파의 내부 바다는 미생물이 생존하는데 충분한 환경이 되어 있을 가능성이 있다.
다만 유로파 표면의 얼음은 두께가 24km 가까이 되는 것으로 추정되고 있는데, 과연 이것을 통과하여 산소는 지하 해양에 도달하게 되는 것일까?
여기서부터가 이번 연구의 메인이다.
새로운 연구는, 유로파의 카오스 지형이, 지하의 염수로 산소를 보내는 프로세스를 세계 최초로 물리적으로 재현하는 컴퓨터 시뮬레이션을 구축해, 유로파의 바다의 산소 농도를 예측한 것이다.
■ 카오스 지형이 바다에 산소를 방출한다
카오스 지형은 아까 설명한 대로, 유로파 표면의 4분의 1을 덮는 산등성이와 균열을 말한다. 카오스 지형은, 유로파 내부의 열적인 활동이 만들어낸 것으로 여기고 있고, 얼음이 부분적으로 녹아 있다.
이 때 표면의 녹은 얼음은 방사선에서 분해된 산소와 서로 섞일 수 있다.
연구팀은, 이 후에 카오스 지형의 녹은 소금물에서 무엇이 일어나는지를, 입수 가능한 수치를 기초로 모델을 작성해 시뮬레이션 한 것이다.
연구자에 의하면, 카오스 지형이 형성되었을 때에, 녹은 소금물은 산소와 섞여, 그 후 얼음의 세공을 순간적으로 밀어 넓혀서 파도가 되어 아래쪽으로 전해진다. 이 파도의 것을 연구자는, "만화에서 호스를 대량으로 물이 흘렀을 때 부풀어 오른 것처럼 표현되는 상태"라고 말한다.
연구자의 계산으로는, 표면에서 흡수된 산소의 86%가, 이 파도를 타고 지하의 해양으로 옮겨질 가능성이 있다고 한다.
이것은 매우 효과적으로 유로파의 바다에 산소를 흡수하는 방법이며, 이 원리에 따르면, 유로파의 바다의 산소 레벨은 지구의 바다에 필적한다는 것.
아직 실제로 측정된 것은 아니지만, 이러한 것은, 2024년에 NASA가 발사를 예정하고 있는 탐사기 유로파 클리퍼가 보다 상세하게 조사할 수 있을지도 모른다.
어쩌면 우주에서 가장 먼저 생명을 찾을 수 있는 곳은, 화성이 아닌 목성의 위성 유로파일지도 모른다.
화성은 지구에 가깝고, 화성 운석 등도 지구로 날아오고 있는 것으로 확인되었고, 따라서 화성에 생명이 존재할 경우, 지구와 어느 정도 공유된 생명일 수도 있다.
하지만, 목성은 화성의 세 배나 지구로부터 떨어져 있다.
만약 목성의 위성에 생명이 있다면, 이는 지구 생명과는 전혀 무관하게 독자적으로 탄생한 생명체일 가능성이 높고, 그러한 장소에서 생명이 탄생 가능함을 알았을 경우, 우리가 태양계 밖에서 생명을 탐색하는 경우에도 중요한 지견이 되는 것은 틀림없을 것이다.
