우리 지구가 유일한가?

옥스퍼드대학 인류 미래연구소 과학자 앤더스 샌버그 연구팀은 2018년 런던왕립학회 회보에 제출한 논문에서 “우리가 관측 가능한 우주에서 (인류 외에) 다른 지적 생명체는 없을 상당한 개연성이 있다”고 밝혔다.

‘페르미 역설을 끝내며’라는 제목으로 된 이 논문은 정식출간에 앞서 온라인 과학저널 Arxiv.ord에 게재됐다.

“Where Is Everybody?”

1950년 어느 날, 점심식사를 하던 과학자들 중 한 명이 묻는다. 질문의 주인공은 미국 물리학자이자 노벨상 수상자 엔리코 페르미이다. 천문학 박사 플로리안 프라이슈테터는 책 『새로운 하늘의 발견: 두 번째 지구를 찾아서』에서 페르미 역설이 바로 이 식사 자리에서 비롯됐다고 설명한다.

페르미의 역설을 좀 더 풀어보자. 만일 지구가 우주의 유일무이한 곳이 아니라면 수많은 문명이 존재하는 게 마땅할 것이다. 넓은 은하에 지능을 가진 생명체들이 가득 존재하는 게 사실이라면 왜 아직도 우주인을 발견하지 못했을까? 플로이안 프라이슈테터 박사의 책에 따르면 이 질문이 바로 ‘페르미 역설’이라고 한다. 왜 아직도 이 온 우주에 우리밖에 없는 것 같냐는 질문이다.

페르미의 역설을 뒷받침하는 여러 가설 중 하나가 “희귀한 지구 가설(Rare Earth Hypothesis)”이다. 위키백과의 개략을 보면 다음과 같다.

희귀한 지구 가설은 행성천문학과 우주생물학 분야에서 등장한 개념으로, 지구상에 복잡한 후생 동물이 나타나기 위해서는 천체물리학 및 지질학적으로 거의 일어날 가능성이 없는 사건 및 정황들이 맞물려야 한다는 이론이다. ‘희귀한 지구’라는 말은 고생물학자이자 지질학자인 피터 와드와 천문학자이자 우주생물학자 도널드 브라우니가 함께 집필한 책 제목 ‘희귀한 지구: 왜 복잡한 생명체는 우주에 드문가? (2000년도작)’에서 따 온 것이다.

희귀한 지구 가설은 칼 세이건, 프랭크 드레이크 등이 주장했던 평범성의 원리(코페르니쿠스의 법칙이라고도 한다)와는 정반대의 입장에 서 있다. 평범성의 원리에서는 지구는 평범한 막대 나선 은하 구석진 곳에 있는 평범한 행성계에 있는 평범한 암석 행성이라고 말한다. 따라서 이 원리에 따르면 우주는 지구와 같은 생명체를 품은 행성으로 가득 차 있어야 한다. 그러나 와드와 브라우니는 코페르니쿠스의 원리에 반발했다. 지구, 태양계 그리고 우리 은하 내 태양계의 위치처럼 생명체가 살기에 아늑한 곳은 전 우주를 통틀어도 매우 희귀하다는 것이 이들의 주장이다.

복잡한 생명체가 흔하지 않다고 결론을 내린다면, 희귀한 지구 가설은 페르미 역설 “만약 외계 생명체들이 흔하다면, 그들이 왜 안 보이는 것이지?”에 대한 해답이 될 수 있다.

희귀한 지구 가설에서는 복잡한 생명체가 태어나려면 여러 가지 조건이 필요하다고 말한다. 대표적인 조건들을 열거하면 다음과 같은데 자세한 내용은 위키백과를 참조하면 된다.

– 은하 생명체 거주영역 내에 어머니 항성이 있어야 한다.

– 어머니 항성과 행성계가 생명체 탄생에 적대적이지 않은 속성을 지녀야 한다.

– 행성이 항성 주위의 생명체 거주가능 영역 내에 있어야 한다.

– 행성의 크기가 적당해야 한다.

– 거대한 위성이 존재해야 한다.

– 자기장과 지각 운동, 암권, 대기권, 수권이 조화롭게 공존해야 한다.

– ‘진화 펌프’ 체계가 작동하기 위해서, 거대 빙하기나 극히 드문 소행성 충돌 사건이 발생해야 한다.

– 캄브리아기 때 동물 문이 폭발적으로 생겨난 것과 같은(이 사건은 아직도 풀리지 않은 수수께끼이다) 상황이 일어나야 한다.

– 지구인과의 의사 소통을 위해서는, 지성을 지닌 생명체가 출현해야 한다.

와드(Peter Ward)와 브라우니(Donald E. Brownlee)는 작은 암석 행성에서 복잡한 생명체가 탄생하는 데 필요한 여러 가지 변수들의 허용 범위는 매우 협소한 수준이 된다고 주장했다. 우주는 매우 넓기 때문에 지구와 비슷한 행성들이 다수 존재할 수 있다. 그러나 그런 행성들이 존재하더라도 이들은 수천 수만 광년 정도로 서로 떨어져 있을 가능성이 높다. 이 정도 거리는 각 행성에서 지성을 가진 종들이 출현하더라도, 서로 다른 외계 문명 사이의 의사 소통 가능성을 배제시킬 정도이며, 이는 페르미 역설에 해결의 단서를 제공한다.

외계의 지적 생명체를 찾는 대표적인 세티(SETI) 연구소는 웹사이트에서 외계 생명체를 위한 증거가 부족했다는 점을 시인하면서 이렇게 말한다. “현재로서는 외계인이 어디엔가 존재한다는 생각을 입증할 수 있는 주목할 만한 과학적 증거가 없다.”

“사실상 우리는 외톨이나 다름없다!”

관련하여 다음과 같은 자료를 찾았다.

우주가 지금과 다르게 생성될 수 있었을까?

– 마틴 리즈 / 김재영 역 / 이제이북스 / 2004.02.13

조르다노 브루노 이후로 물리적 우주에 대한 우리의 개념이 바뀌었지만, 외계의 다른 지역에 지능을 가진 생명체가 존재할 가능성은 여전히 그다지 높다고 할 수 없다. 외계 지적 생명체의 존재에 대해서는 여전히 알 수 없는 일이지만 아니, 어쩌면 바로 그것 때문에 이 주제에 대한 논의는 극과 극으로 나뉘었다. 어떤 사람들은 조르다노 브루노의 편에 서 있지만, 또 다른 사람들은 우리 지구에만 유일하게 생명체가 살고 있다는 독단적인 주장을 편다. 내 경우에는 불가지론만이 이 문제에 대한 유일하게 합리적인 태도라고 생각한다.

우리는 생명의 기원은 커녕 자연선택이 과연 무엇을 할 수 있고, 또는 할 수 없는지에 대해서조차 알고있는 것이 너무나 부족하기 때문에, 지능을 갖춘 외계인이 존재할 수 있는지 없는지에 대해서는 말할 수 없다. 외계의 지적 생명체를 발견할 가능성을 확실하게 알아보기 위해, 지속적인 선택과정을 통해 인간이라는 생명체가 만들어지기 위해서 지구의 물리적 환경이 얼마나 특별해야 했는지를 더 명확하게 이해할 필요가 있다. 어떤 천문학자들의 주장에 따르면, 지구는 대단히 특별한 존재이며 다른 별의 주위를 도는 몇 안 되는 행성들(그 크기와 온도가 지구와 굉장히 닮은 행성들)만이 진화가 지속되는 데 필요한 장기적 안정성을 제공해 줄 수 있고, 또 그렇게 되어야만 고등한 생명체가 나타나는 단계까지 나아갈 수 있다.

도널드 브라운리와 로버트 워드는 그들의 저서 『희귀한 지구』에서 진화에 요구되는 선결 조건들을 대단히 긴 목록으로 제시했다. 행성의 궤도는 태양과 너무 가까워서도 안 되며, 또 너무 멀어서도 안된다. 만일 다른 커다란 행성이 가까이 다가와 그 인력으로 원래의 행성 궤도를 조금이라도 바꾸게 되면 이 행성의 위치가 태양에 너무 가까워지거나, 혹은 멀리 떨어지게 될 것이다. 행성의 자전도 안정적이어야 한다. (우리 지구의 경우 이것이 가능한 것은 커다란 달 때문이다.) 소행성들과 너무 자주 충돌해서도 안 된다. 그러기 위해서는 아마도 바깥쪽에 거의 원 모양의 궤도를 돌고 있는 목성 정도 크기의 행성이 줄지어 날아오는 소행성들을 막아 주는 차단 장치의 역활을 해야 할 것이다. 게다가 행성이 우리 은하 안의 적당한 위치에서 회전하고 있어야만 우주선(cosmic ray)에 지나치게 노출되는 것을 막을 수 있고, 다른 별의 영향권 안에 들어갈 위험도 피할 수 있다. 만일 다른 별이 목성의 궤도 안으로 접근한다면, 행성들의 운동이 심각한 혼란에 빠질 것이다. 지구의 궤도는 완전히 달라져서 아마도 대단히 찌그러진 타원궤도를 그릴 것이다. 하지만 별은 그렇게 가까이 접근하지 않더라도 우리를 위험에 빠뜨릴 수 있다. 그 까닭은 다음과 같다. 즉, 태양의 주변에는 거대한 혜성 저장고가 있다. 그 저장고는 대개 외행성들을 훨씬 넘어선 안전한 거리에 있다. 그렇지만 매우 멀리 떨어진 곳을 지나는 별의 중력이 일부 혜성의 궤적을 바꾸어 결국 지구 표면에 충돌하게 할 수도 있다.

슈퍼 스톰

– 아트 벨, 위틀리 스트리버 공저 / 오재호 역 / 아르케 / 2004.06

태초에 지구는 현재의 절반 정도 크기의 용해된 핵을 중심으로 먼지구름에 뒤덮여 형성되고 있었다. 태양 주위를 서서히 공전하면서 점점 식어가던 지구에 더 많은 우주먼지들이 몰려들면서 그 크기가 점점 커졌다. 그러고는 불가사의하지만 실은 수많은 유성이 떠다니는 초기의 태양계에서는 전혀 불가능하지 않은 사건이 지구에서 발생했다. 거대한 물체가 지구라 부르는 암석과 용암 덩어리로 된 행성에 충돌했다. 그 순간 지구는 두 개의 행성으로 나누어졌다. 처음에는 작은 행성이 큰 행성 둘레를 굉장히 빨리 돌았다. 그러나 작은 행성이 점점 멀어지면서 공전속도도 그에 비례하여 느려졌다.

달이 형성될 때 충격은 너무나 컸다. 사람들은 달이 떨어져 나간 자리가 태평양이 되었다고 이야기한다. 이제 지구 주위에 거대한 달이 존재하고, 공전속도가 더욱더 느려지면서 이야기는 계속된다. 시간이 지남에 따라 계속되는 달의 인력에 의해 지구 둘레를 돌고 있는 바람도 점점 느려졌다. 만약 달의 인력이 없었더라면, 이 바람은 초속 100m에 달했을 것이다.

지구-달 시스템의 평형은 매우 절묘하게 유지되었다. 달의 크기가 지금과 조금만 달랐거나, 지구를 중심으로 도는 공전이 조금만 달랐더라면, 지구에서는 이끼조차 진화하지 못했을 것이다. 즉, 지구에서 생명의 진화여행은 시작도 못했을 것이다.

이제 우리는 불가사의한 두 가지 사건을 알게 되었다. 첫째는 달이 지구에서 떨어져 나가는 과정에서 지구가 부서지지 않았다는 점이다. 둘째는 떨어져 나간 달이 지구를 중심으로 공전하면서 고등동물이 진화할 수 있는 기후환경이 조성되도록 지구의 바람을 약하게 하였다는 것이다.

불가사의한 일이 하나 정도 나타난 것은 우연이라고 할 수 있다. 둘 정도도 우연이라고 할 수 있다고 치자. 그러나 여기에는 우연으로 여기기에는 너무 많은 불가사의한 일들이 있다. 한 예로 목성의 경우를 꼽을 수 있다. 만약 목성이 지금의 크기와 조금이라도 달랐거나 원형의 공전궤도를 갖지 않았다면, 지구는 현재 태양에서의 거리와는 다른 지점에 위치했을 것이다. 만약 7만 km 정도 태양에 더 가까워진다면, 우리는 절대 생존하지 못한다. 지구가 너무 더울 것이다. 또 지금보다 태양에서 수천 km만 더 멀어지면 지구는 얼어붙을 것이다.

우주는 너무나 거대하여 불가사의한 지구-달 시스템이 우연하게 이루어질 수도 있다. 그러나 이는 믿기지 않을 정도로 희귀한 일의 연속이다. 분명히 우리의 태양계 안에서는 지구-달 시스템은 유일하다. 바람이 약해지는 것이 지표에 사는 많은 생명들이 진화하는 데 필수적이라는 점을 미루어 볼 때, 지구에 달이 없었다면 우리는 존재하지 못했을 것이다. 사실 달이 지금과 같이 지구 둘레를 공전하면서 결국 지구 자체의 자전속도를 느리게 하여 지구 대기의 속도를 줄이지 않았다면 벌레조차도 진화할 수 없었을 것이다.

이 우주에는 이와 유사한 행성시스템이 얼마나 많이 존재할까? 아마도 그렇게 많지는 않을 것이다. 아니 전혀 없을지도 모른다. 고등동물이 우주에 존재한다는 것은 믿지 못할 정도로 유일한 사실일지도 모른다.

거의 모든것의 역사

– 빌 브라이슨 /이덕환 옮김 / 까치글방 / 2003.11.30

마이클 하트라는 천체물리학자의 계산에 따르면 지구가 태양에서 1퍼센트 멀리 떨어져있거나 5퍼센트 더 가까이 있었으면 생물이 살지 못했을것이라고 한다.

금성을 생각해보면 태양으로부터 우리보다 4000만 킬로미터 가까울 뿐이다. 태양의 열기는 지구보다 2분 먼저 금성에 도달할 뿐이다. 금성의 크기와 성분은 지구와 매우 비슷하다. 그러나 우리가 알고 있는 엄청난 차이는 모두 궤도의 크기가 조금 작은 것에서 비롯되는 것이다. 태양계가 생성되던 초기 금성은 지구보다 조금 더 뜨거웠을 뿐이고 바다도 있었을 것이다. 결국 금성이 조금 더 많은 열기를 받게 되었던 탓에 금성의 표면은 물을 잡고 있을 수가 없었고 그 결과 금성의 기후는 재앙에 가까운 상태가 되어버렸다. 금성의 물이 증발하면서, 수소 원자들은 우주공간으로 날아가버렸고, 남아있던 산소원자는 탄소와 결합해 이산화탄소라는 온실기체로 된 두꺼운 대기가 만들어졌다. 결국 금성은 숨막히는 곳이 되어버렸다. 금성의 표면 온도는 섭씨 470도로 납이 녹을 정도이며 표면 대기압은 지구보다 90배 크다. 우리는 금성을 방문할 우주선이나 우주복을 만들 기술도 가지고 있다. 금성에 대한 지식은 장거리 레이더 영상과 금성 구름속으로 떨어뜨린 소련 무인 탐사선이 보내준 정보를 바탕으로 한 것이다. 무인 탐사선은 겨우 30분 동안 작동하다가 영원히 작동을 멈춰버렸다.

화성의 추위에서 알 수 있는 것처럼 태양으로부터 멀어지는 경우에는 열이 아니라 추위가 문제가 된다. 화성도 역시 한 때는 훨씬 좋은 곳이었겠지만, 쓸모있는 대기를 붙잡고 있을 수가 없었고, 결국은 완전히 얼어붙은 불모지로 바뀌버렸다.

…

달은 우리의 동반자이다. 우리의 달은 지구지름의 4분의 1 이상이나 되어서 지구는 태양계에서 유일하게 자신과 비슷한 크기의 위성을 가지고 있는 행성이다.

달이 안정화시켜주는 역활을 하지 못한다면 지구는 멈춰가는 팽이처럼 비틀거릴 것이다. 달이 중력을 이용해서 지구를 안정화시켜주는 덕분에 지구는 오랜기간 생물이 성공적으로 탄생할 수 있도록 적당한 속도와 적당한 기울기로 안정하게 자전을 계속할 수 있었다. 물론 그런 일이 영원히 계속되지는 않을 것이다. 달은 매년 약 3.8센티미터씩 우리 손아귀를 벗어나고 있다. 달은 20억년이 지나면 너무 멀리 떨어져버려 더 이상 지구를 안정화시켜주지 못할 것이다.

최종 이론은 없다

– 마르셀로 글레이서 / 조현욱 역 / 까치글방 / 2010.11.10

그러나 지구와 태양계(그리고 오늘날 천문학자들이 관찰하고 있는 일부 항성계)의 생명의 역사에 대해서 우리가 알고 있는 지식을 감안하면, 지구가 예외가 아니라는 것은 동의하기 매우 힘들며 우주에 수많은 문명이 있다는 것은 더더욱 믿기가 어렵다.

……

원시적 생물 형태는 크게 드물지 않을지 모르지만, 지구 비슷한 행성은 드물기 때문이다. 그리고 만일 지구 비슷한 행성이 드물다면 복잡한 생명체 역시 매우 드물 것이다. 그렇다면 의식을 갖춘 생명체, 다시 말해서 스스로의 존재에 대해서 심사숙고할 능력을 갖춘 생명체는 더더욱 드물 것이고, 심지어 우리 은하 내에 하나밖에 없을 가능성도 있다는 말이다.

……

우리는 우주의 동반자-신성한 것이든 외계의 것이든-를 너무나 오랫동안 갈망해왔다. 우리는 인정해야 한다. 우주에는 우리밖에 없다.

거의 모든 사람들을 위한 과학

– 존 그리빈 / 김동광 역 / 한길사 / 2004.04.10

우리의 고향별이라는 특수성 때문에 우리는 앞에서 이미 태양계에서 태양으로부터 세번째 행성, 즉 지구에 대해서는 아주 자세하게 살펴보았다. 그러나 지구(또는 지구-달 체계)는 생명이 발견된 유일한 행성이라는 사실 외에 또다른 의미에서도 태양계의 행성들 중 유일한 곳이다.

우리 달의 크기는 지구 크기의 약 4분의 1에 해당하는데, 이것은 위성과 모행성의 크기를 비교했을 때 태양계에 있는 다른 어떤 위성들(카론을 제외한다. 어쨌든 우리는 명왕성을 행성으로 고려하지 않는다) 보다 훨씬 큰 것이다. 달의 지름은 3476킬로미터이고, 지구에서 38만 4400킬로미터(빛이 1.3초 만에 다다를 수 있는 거리) 떨어진 곳에서 지구 둘레를 일정한 궤도를 따라 돌고 있다. 달은 태양계에 있는 어떤 천체보다 수성-지구 크기의 38%에 해당하며, 행성으로서의 독자성을 가지고 있다-과 닮았다. 지구의 거주자를 제외한 우주인의 관점에서 본다면, 지구-달 체계는 태양계가 젊었을 때 약간은 특수한 방식으로 형성되어야만 했을 두 행성 체계라고 하는 것이 더 설득력을 지닌 설명이 될 것이다.

줌 인 생물학

– 이윤호 / 궁리출판 / 2005.09

켈빈은 생명의 씨앗이 운석을 통해 지구에 떨어졌을 수도 있다고 주장했고, DNA의 구조를 밝혀 노벨상을 수상했던 프랜시스 크릭도 『생명 그 자체』(Life Itself)라는 저서에서 “생명의 기원은 거의 기적에 가까운 무엇으로 생각되므로, 생명이 탄생하기 위해서 만족되어야 할 조건들은 무척 많다”라고 주장한다. 크릭은 수십억년 전에 우주선을 타고 지구를 방문한 지능을 가진 외계인이 의도적으로 지구에 생명의 씨앗을 뿌렸다고 주장했다. 또 일부 과학자들은 일부 치명적인 전염병을 일으키는 병원균이 외계에서 들어왔다고 주장하기도 하였다. 하지만 대부분 과학자들은 연구를 통해 이런 주장의 많은 부분이 허구적임을 밝혀냈고, 이런 주장이 참으로 어리석은 것이라며 오랫동안 냉소적인 반응을 보여왔다. 그러던 1969년 9월 오스트레일리아 빅토리아 주에 유성이 떨어졌다. 굉음과 이상한 냄새를 동반한 이 유성은 머치슨이라는 작은 마을에 많은 운석 조각을 남겼고, 이 지역 사람들은 90kg이나 되는 많은 양의 운석을 채집할 수 있었다. 당시는 인류가 달에 착륙하여 월석을 지구로 가져온 때라서, 많은 과학자들이 이 분야에 관심이 많았다. 과학자들은 이 운석을 검사한 결과 무려 45억년이나 되었으며 칼슘, 알루미늄, 마그네슘의 무기물뿐 아니라 74종의 유기 화합물도 많이 함유하고 있다는 사실을 알게 되었다. 이 유기 화합물 중에는 글리신, 알라닌, 글루탐산 처럼 지구 상에 존재하는 아미노산도 8종류나 들어 있었다. 오늘날 과학자들은 혜성을 생명의 기원과 진화에 관련된 중요한 요소로 생각하고 있다. 혜성은 태양계가 생성될 때 작은 입자들의 응결로부터 비롯했다고 보는데, 이런 입자들이 합쳐져서 천천히 고체 덩어리로 성장한 것이다. 태양계의 안쪽에서는 규산염이, 바깥쪽에서는 유기 물질을 비롯한 휘발성 물질이 응축되었으며, 이 혜성들은 행성들이 점점 커지고 중력이 생기면서 중력장에 끌려 점점 많이 충돌하였을 것으로 생각된다. 이런 가운데 많은 유기물과 생명의 씨앗인 포자를 행성에 뿌렸으리라는 것이다. 이를 ‘포자범재설’이라고 한다. 인간이 생명체를 만든다는 것은 현재로선 아주 불가능한 일이다. 하지만 자연에게는 아주 쉽고 일반적인 일일 수도 있다고 이 이론은 주장한다. 2001년 미국에서는 우주의 환경을 실험실에 재현하여 ‘원시 세포’를 만들었다는 발표도 있었다. 실험실에서 만들어질 정도의 생명체라면 규모나 환경 조건이 다양한 지구 규모에서도 생명체가 충분히 자연적으로 발생할 수 있다는 이야기다. 만약 지구에서도 가능하다면 우주 공간에서는 더욱 보편적인 사건일 수도 있을 것이다. 생명체가 넓고 넓은 우주 전반에 걸쳐서 포자의 형태로 동면 상태에 있다가 소행성, 운석, 혜성 등을 타고 행성으로 전해질 수 있다는 것이다. 아직 생명의 기원에 대한 적절한 답은 내릴 수 없다. 하지만 우리가 생명의 기원에 대한 해답으로 다가가면 갈수록 그 해답은 점점 더 미궁 속으로 멀어져 가는 것만 같다.

현대과학과 기독교의 논쟁

– 리처드 칼슨 / 우종학 역 / 살림 / 2003.03

우리가 이해하기로 생명체는 거대한 분자(고분자:macromolecules)들을 필요로 하지만 성간 우주는 거대한 분자가 형성되기에 적절한 공간이 아니다. 지구 자기장이 태양에서 방출되는 고에너지 이온으로부터 우리를 보호해 주는 반면, 우주공간의 분자는 완전히 태양풍의 영향력 아래 놓이기 때문이다. 고분자를 형성하고 안전화시키기 위해서는 특별한 환경이 요구된다. 고온은 작은 분자들에게 호의적이다. 그래서 생명이 유지될 수 있으려면 지구는 적절한 온도를 가져야만 했다. 생명체는 고도로 농축된 분자들의 용액(solutions of molecules)을 필요로 한다. 하지만 현재 누구도 어떻게 이것이 자발적으로 가능했는지를 보여주지 못했다. 화학작용이 필연적으로 생명을 낳았다는 현재의 대중적인 개념은 증거 없는 추측에 근거할 뿐이다. 생명체는 촉매(화학반응을 촉진시키는)가 되는 분자들을 필요로 한다. RNA 분자들이 초기의 편재했던 촉매였다고 추측되지만, RNA 분자들을 지상에서 형성시킨 실제 메커니즘은 아직 밝혀지지 않았다. 화학자들이 생명체의 분자들을 재생하는데 겪는 어려움을 보건대, 불리했을 거라고 믿어지는 지구의 조건 아래서 제시된 기간안에 생명체가 자발적으로 발생했다고 믿기에는 놀랄만한 믿음이 필요하다.

새로운 하늘의 발견 : 두 번째 지구를 찾아서

– 플로리안 프라이슈테터 / 박여명 역 / 재승출판 / 2016.04.01

…… 드레이크 방정식에 최상의 수치를 적용해 계산하면, 우리 은하에는 수십 개에서 수백만 개에 이르는 외계 문명이 존재한다는 결과가 나온다. 하지만 최악의 수치를 적용하면 단 하나, 우리 인간이 이룬 문명이 전부다.

아마도 가장 합리적인 결론은 은하에 존재하는 문명이 수백만 개일 리도, 또 반대로 하나일 리도 없다고 생각하는 게 아닐까 싶다. 하지만 그 중간이라고 가정한다면 최소 수백 개에서 수천 개에 이르는 지능을 가진 문명은 대체 어디에 있단 말인가?

이 질문이 바로 ‘페르미 역설’이다. 1950년 미국 물리학자이자 노벨상 수상자인 엔리코 페르미가 동료들과 식사하다가 처음 언급했다. 만일 지구가 우주의 유일무이한 곳이 아니라면, 우주에는 수많은 문명이 존재하는 게 마땅하다. 그뿐만 아니라 태양은 아직 어린 별에 불과하다는 점을 고려하면 우주에는 태양보다 나이가 훨씬 더 많고, 훨씬 더 오랜 문명을 가진 생명체에 자리를 내어준 항성이 수십억 개는 존재해야 한다. 설령 빛의 속도보다 느린 재래식 기술(이론적으로는 우리도 가지고 있는) 수준이라고 해도 수천 년이 흐르는 동안 우주선을 타고 다른 항성으로 이동해 외계행성을 식민지화했을 가능성은 충분하다. 설사 행성 간 우주선 운행이 가능한 문명이 일부에 불과할지라도 수억 년 안에는 전체 은하를 식민지화했을 것이고 말이다. 그런데 대체 왜 이들은 보이지 않는단 말인가? 왜 우리는 외계 문명과 관련된 어떤 징후도 발견하지 못하는 것일까? 넓은 은하에 지능을 가진 생명체들이 가득 존재하는 게 사실이라면, 대체 왜 아직도 우리는 우주의 유일한 생명체처럼 보이는가?

이러한 페르미 역설은 여러 가지로 설명할 수 있다. 먼저 행성에서 생명체가 발전하려면 셀 수 없이 많은 특별한 조건들이 충족되어야 할지도 모른다. 일부는 이를 토대로 ‘희귀한 지구 가설’을 주장하는데, 이에 따르면 인간과 소통할 수 있는 문명은 아예 존재하지 않는다. 지능을 가진 생명체가 발전한 것은 매우 희귀한 일이어서, 어떤 은하에서 하나 이상의 문명이 형성되기는 어렵다는 것이다.

행성 간 우주 비행이 복잡하고 너무 많은 자원을 필요로 하기 때문이라는 설명도 가능하다. 이론적으로는 우리도 몇 세대에 걸쳐 인간을 다른 항성으로 이동시킬 우주선을 어떻게 만드는지 알고 있다. 하지만 매우 많은 비용이 드는 일이어서 가까운 미래에 이 프로젝트를 수행할 가능성은 낮다. 또 외계인들이 원한다 할지라도 우리는 어떤 경우에도 지구를 장기간 떠나지는 못할 것이다.

우주 자체가 생명체 발달에 유해한 공간일 가능성도 있다. 그렇다면 모든 문명이 소행성 충돌이나 감마선 폭발 혹은 다른 우주 공간의 재해로 멸종하는 것도 시간 문제일 수도 있다. 경우에 따라서는 항성의 수명이 다하기 전에 스스로 멸망할 가능성도 있다.

외계 생명체가 말 그대로 ‘낯선 존재’이기 때문에 그럴 수도 있다. 우리는 어떤 방식으로든 외계인의 존재를 인지하고 그들과 소통할 수 있다고 전제한다. 하지만 외계인들과 반드시 소통할 수 있으리란 법은 없다. 천문학자 칼 세이건은 외계인들이 인간보다 더 오래, 그리고 더 느린 속도로 살 수도 있다고 주장했다(소설 『콘택트』). 인간에게는 ‘안녕!’이라는 말을 내뱉는 데 1초가 걸리지만, 외계인들은 10년이 걸릴 수도 있다는 것이다. 그렇다면 우리는 10년이 걸리는 그 인사를 이해할 수 없는 소음으로 여기거나 아예 인식하지 못할 가능성이 높다.

또 외계인들은 다른 세상의 존재에 관심이 없고, 그들의 행성에 만족하고 있을 수도 있다. 그것도 아니면 우리가 공상과학 영화에서 보듯 다른 민족을 죽이면서 행성을 이주해 다닐 수도 있다. 하지만 또 어쩌면 외계인들은 이미 우리를 발견했으나 관계 맺기를 원치 않을 수도 있다. 그 누구도 들어가선 안 되는 ‘그린벨트’로 지정했을 수도 있고 말이다. 아니, 어쩌면 외계인들은 이미 지구에 와 있지 않을까? 단지 정부가 그 사실을 속여서 우리가 알지 못하는 게 아닐까.

우리가 왜 오늘날까지도 우주에서 지능을 가진 생명체를 발견하지 못했는지에는 수백 가지의 이유가 존재한다. 하지만 인간이기에 앞으로도 계속 호기심을 품고 연구를 이어갈 것이다. 끊임없이 추측하고 상상하며 탐색할 것이다. 우리는 이미 수십 년 전부터 외계 생명체와 소통하려는 노력을 지속해왔다. 성공 가능성은 낮지만 그럼에도 포기하지 않고 계속해서 새로운 방법들을 강구할 것이다.

외계 생명체는 있다? 세티(SETI)의 망상

– https://audiotech.com/trends-magazine/the-seti-delusion/ / 2011.04.06

매년 혹은 2년마다 주요 언론들이 “우주의 외계 생명체 발견이 임박해 있다”는 기사를 숨죽이며 조심스럽게 추측하는 발표를 보는 것 같다. 측정할 수 있는 증거들도 몇몇 과학지에 발표되는데, 그다지 세간의 관심을 받지 못한 채 그러한 결론이 틀렸음도 반복되고 있다. 외계 생명체가 그토록 많은 사람들을 자극하는 이유가 무엇일까? 가장 원시적인 형태의 외계인을 조우할 가능성에 대해 객관적인 사실은 우리에게 무엇을 알려주는가? 이렇듯 논란이 많은 분야에 관해 허구와 사실을 구분해보자.

……

…… 외계 생명체와 심지어 “우주로부터 기술적으로 수준이 높은 방문객”이 사실상 존재한다는데 대한 끈질긴 믿음이 있어왔다는 점을 역사는 증명한다. 실제로 많은 사람들 사이에는 종교적 믿음에 가까운 희망에 대한 증거가 있는데, 우주는 “지적 생명체”로 충만하다는 것이다.

마이크로소프트(Microsoft)사의 공동 창업자인 폴 앨런(Paul Allen) 등 교육 수준이 높은 수많은 사람들은 세티 연구소(SETI Institute)와 같은 단체가 이러한 생명체를 찾는 일을 수행하는데 금전적으로 도움을 주기 위해 수억 달러를 기부해왔다. 세티는 외계 지적생명체 탐사(Search for Extra-Terrestrial Intelligence)를 뜻한다. 전 세계 대학과 정부 연구소들이 벌이는 우주 생물학 연구에는 훨씬 많은 금액이 투자되고 있다.

하지만 사실상 이러한 희망과 바람은 자연과학 대신에 마치 “우주는 상당히 거대하기 때문에, 다른 생명체가 분명 존재할 가능성이 있다”는 다양한 포괄적인 전제를 토대로 한 주관적인 추측에 불과하다.

이러한 믿음의 변화를 평범성의 원리(Principle of Mediocrity)라고 한다. 이러한 가설은 다음과 같은 내용을 전제로 한다.

첫째, 지구는 일반적인 행성이다.

둘째, 일반적인 태양계에 속하며

셋째, 흔한 은하계의 평범한 지역에 위치하며, 따라서

넷째, 지구에는 많은 생물체가 존재하기 때문에 우주는 복잡한 생물체로 가득할 것이 틀림없다.

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더 많은 자료들이 지구가 일반적이라는 가정을 반박하면서, 평범성의 원리는 언젠가 인류가 지적인 외계 생명체를 조우하게 될 가능성과 더불어 해결되고 있다. 평범성의 원리 대신에 점차 증가하는 자료들로 뒷받침되는 또 다른 모델이 등장하고 있는데, 바로 ‘희귀한 지구 가설(Rare Earth Hypothesis)’이라 불리는 모델이다.

이 가설은 지구에 생명체가 등장하기 위해서는 어마어마할 정도의 정교한 균형과 일련의 “구성요소 및 환경”이 지구와 인근 우주에 필요했다고 주장한다. 이렇게 복잡한 혼합요소 및 이에 필요한 구성요소와 환경으로 인해, 희귀한 지구 가설은 평범성의 원리와 정반대의 결론을 도출한다. 즉, 다른 우주에 생명체가 살 수 있는 또 다른 행성이 존재할 가능성이 희박할 정도로 지구는 상당히 희귀한 행성이라는 것이다.

이와 같은 결론은 고려할 가치가 있는데, “주관적인 느낌이나 취향과 추측”에 근거한 것이 아니라 은하계에 대한 보다 깊은 이해와 물리학 법칙으로부터 얻은 “객관적인 데이터 분석”에 근거한 것이기 때문이다. 희귀한 지구 가설은 원래 2000년 출간한 도널드 브라운리(Donald Brownlee)와 피터 워드(Peter Ward)가 쓴 『희귀한 지구(Rare Earth)』에서 사용된 말이다.

2008년 출간된 『Why the Universe is the Way It is』에서 우주론자이자 캘리포니아공대에서 강의를 했던 휴 로스(Hugh Ross)는 생명체에게는 미세 조정이 필요했다는 점을 입증한다. 나중에 로스는 이러한 숫자를 업데이트하고 확인한 뒤 2009년 최종적이고 포괄적인 저술서인 『이론을 넘어(More Than A Theory)』를 발표했다.

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로스가 저명한 과학 저널에서 발췌한 이 숫자는 다음과 같은 결론을 설명한다. “자연스러운 방법을 통해 인간과 같은 생명체가 존재하는 해성이나 달을 찾는 것보다는 캘리포니아에서 매번 단 한 차례의 복권을 구입하고 140회 연속으로 복권에 당첨될 가능성이 훨씬 높다!”

지금까지 이러한 결론은 연구로 증명되었다. 태양계 밖에서 발견된 수백여 개의 행성 가운데, 최소한 30일 동안 가장 단순한 생명체가 살기 위해 필요한 조건 중 일부 요소라도 만족시키는 행성은 없었다. 생명을 유지하는데 적절한 도움을 주는, 태양과 유사한 항성의 탐색조차 실패하고 있다. 2006년, 페루 출신의 천문학자 호르게 메렌데스(Jorge Melendez)는 이렇게 말했다. “지난 수십 년 동안 관찰한 노력에도 불구하고, 완벽한 쌍둥이 태양을 찾지 못했다.”

이러한 사실은 탐구를 계속하는 사람들조차 인정하고 있다. 세티 연구소는 웹사이트에서 외계 생명체를 위한 증거가 부족했다는 점을 시인하면서 이렇게 말한다. “현재로서는 외계인이 어디엔가 존재한다는 생각을 입증할 수 있는 주목할 만한 과학적 증거가 없다.”

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이러한 사실을 기초로 우리는 4가지를 예상할 수 있다.

첫째, 사실이 이러함에도 불구하고 주요 언론들은 외계 생명체의 확실한 증거라면서 현실성 없는 발견을 열심히 알리는 일을 멈추지 않을 것이다. 최근 NASA 과학자들이 운석에서 화석이 된 미생물을 발견했다고 주장한 사건 내지는 다른 사건들처럼, 더욱 호기심을 자아내는 이야기들이 등장할 것이다. 이러한 소식은 상당한 흥미를 끌겠지만, 상황이 잠잠해지면 조용하게 반박하는 자료가 등장할 것이고 사람들은 또 다른 엄청난 발견을 기다릴 것이다.

둘째, 사람들 중 상당수는 확실한 증거에 상관없이 세티의 헛된 행동을 납득하지 못할 것이다. 무엇보다도 부정적인 측면을 입증하기가 불가능하다. 하지만 보다 중요한 점은, 대부분의 사람들이 자신의 존재보다 뭔가 더 대단한, 인생을 설명하는 무언가를 찾는다는 점이다. 많은 사람들은 신에게 그 대답을 구한다. 어떤 사람들은 자신의 삶을 정의내리기 위해 일과 성공을 추구한다. 외계인을 강력하게 믿는 사람들에게는 그 방식이 세상을 이해하고자 하는 노력이 될 수도 있을 것이다. 그들은 우주 밖에 보다 거대한 세력이 존재하며 그들에게 닿아 교류할 방법을 모색한다는 생각을 하면서 다소 안도감을 느낀다.

셋째, 천문학자들이 기술을 활용해 머나먼 태양계와 은하계를 더욱 확실하게 살펴볼 수 있게 되면서, 우리 행성의 유일무이함 역시 더욱 분명해질 것이다. 지구와 같은 “적절한” 행성이 존재하기 위해 필요로 하는 모든 구성요소를 이야기하고 그런 행성이 존재할 확률을 계산하는 일은 우주의 모든 은하계를 다 모아도 지구와 같은 또 다른 행성이 존재한다는 점을 수학적으로 개연성 있게 만들기에는 충분하지 않다는 점을 보여준다. 더 많은 행성을 발견하면서, 필요로 하는 아주 일부의 매개변수조차도 부합하는 행성이 없다는 점을 고려하면 이러한 결론은 더욱 확실해질 것이다.

넷째, 설령 지적인 생명체가 어딘가에 존재한다고 해도, 우리는 절대로 그들과 연락을 할 수 없다. 문제는 엄청난 거리를 여행하고 통신해야 한다는 점이다. TV 신호가 빛의 속도로 태양계 일부 지역에 도달하기까지 230년이 걸린다는 점을 생각해 보라. 물리학자들의 일부 추측에도 불과하고, 우리가 실제로 우주선을 타고 빛의 속도, 혹은 그 이상으로 여행할 수 있다는 점을 입증할만한 것이 없다. 부족한 에너지에서부터 우주를 그렇게 빠른 속도로 여행하는데 대한 위험에 이르기까지 다양한 여러 가지 이유로 우주를 빛의 속도, 혹은 빛에 가까운 속도로 여행하는 일은 본질적으로 불가능하다. 차라리 대략 빛의 속도의 1% 정도인 시간당 7백만 마일 정도의 속도가 더욱 실행 가능하다. 하지만 그런 속도라면 같은 곳을 여행한다 치면 대략 23,000년이 소요될 것이다. 지금까지 230광년 미만의 태양계에서 생물체가 존재할 가능성을 암시한 행성은 없다. 그리고 더욱 먼 우주를 살펴봐도, 우리가 그곳으로 여행을 하거나 외계인이 지구를 향해 여행하기란 더욱 불가능하다.

그렇다, 사실상 우리는 외톨이나 다름없다!

기타 관련 사항들

* 생명체 거주가능 영역

천문학에서 생명체 거주가능 영역(生命體居住可能領域, habitable zone, HZ)은 지구상의 생명체들이 살아가기에 적합한 환경을 지니는 우주 공간의 범위를 뜻한다.

진한 녹색 구간이 태양계에서 생명체 거주가능 영역이며 지구만 해당된다.

* 지구상의 생명체를 위한 가장 적당한 온도 범위

금성 477℃ 화성 -53℃

지구 290±50℃ (생명체가 없을 때의 지구)

지구 13℃ (현재 우리가 살고 있는 지구)

* 얌전한 태양

태양은 비슷한 크기와 나이, 구성 성분을 지닌 다른 별보다 조용한 편이다. 강력한 태양 플레어의 발생 빈도는 다른 별과 비교해서 사실 적은 편이다. 태양의 활동성이 매우 예외적이라는 사실은 분명한데, 가장 궁금한 부분은 이런 예외적인 조용함이 본래부터 태양이 가진 특징인지 아니면 일시적인 현상인지이다.

일정한 에너지를 방출하는 태양은 지구 생명체의 안정적인 진화와 발전에 큰 도움이 되었을 것이다. 특히 문명 사회가 발전하는 기간 동안 비교적 안정적인 밝기를 유지했다는 것이 매우 중요하다. 만약 그렇지 않다면 인류 문명은 초기에 붕괴했을지도 모르는 일이다. 다소 엉뚱한 이야기인지도 모르지만 지적 외계인이 발생하는 데 중요한 조건 중 하나가 태양처럼 조용한 별일지도 모른다.

* 지구의 자전축의 기울기와 지구의 자전에 의해 조절되는 온도

1. 지구의 자전축은 그 궤도에 의해서 23.5도 기울어져있다. 이것은 자전축이 기울어지지 않는 것 보다 지구의 지표면이 태양복사에너지를 더욱 평탄하게 분배할 수 있다는 것이다. 한편, 만약 자전축이 45도 기울어졌다고 가정하면 태양복사에너지의 분배는 매우 불균등하게 분배되어 극심한 온도 변화를 가져오며, 생명유지는 더욱 어려워질 것이다.

2. 지구의 자전주기는 24시간이고 이것은 에너지의 득실간의 온도균형을 맞추어주는데 적당하다. 예를 들어 수성의 경우, 58일이 자전주기여서 한 면은 타오르지만 다른 한 쪽은 얼음이 얼고 있다.

* 지구 자기장

지구에는 우주 공간 먼 곳까지 미치는 크고 강력한 자기장이 형성되어 있다. 이 방패는 강력한 우주 방사선과 태양에서 나오는 힘으로부터 우리를 보호해 준다.

※ 지구 자기장 조사 : http://yellow.kr/blog/?p=3299

* 대기의 존재

1. 지구의 대기는 중력에 의해 존재하게 되고, 지구의 크기는 인력의 힘에 의해서 결정되는데, 수소와 헬륨같은 가벼운 기체들은 지구 밖으로 나가게 되며, 산소, 질소와 이산화탄소는 남아있게 된다.
2. 만약 지구가 현재보다 아주 작다면, 중력은 너무 약해서 필수 기체들을 잡을수 없게 된다. 만약 인력의 힘이 10%이내라면 대기 중의 산소와 나머지 기체들은 날아가서 생명은 살아갈 수 없을 것이다.

* 대기의 조성
지구 대기는 다른 행성과 비교했을 때 예외이다.

	금성	화성	지구
이산화탄소	98%	95%	0.03%
질소	1.9%	2.7%	79%
산소	극소량	0.13%	21%

* 대기중의 기체의 밀집 중요성

1. 만약 지구내의 산소의 양이 다른 행성과 같다면 생명체는 불가능할 것이다. 이것은 단순히 생물체가 산소를 필요로 한다고 하는 것 뿐만 아니라, 산소는 대기 중의 오존의 유무를 결정하기 때문이다. 산소없이 오존도 존재하지 않을 것이며, 이 오존이 자외선 파장을 감싸지 못해서 생물체를 파괴할 것이다. 만약 대기 중의 산소가 25%이상이라면 불이 소화되지 않을뿐더러 저녁까지 계속 탈 것이다.

2. 만약 이산화탄소의 양이 다른 행성들과 같다면, 어마어마한 온실효과를 가져올 것이고, 온도는 너무 올라가서 생물체는 소멸될 것이다. 물론, 생물체는 숨쉬지 못할 것이라는 것은 자명하다.

3. 질소는 공기 중에 대부분을 차지하는 좋은 기체이다. 왜냐하면 그것은 비교적 비활성기체이기 때문이다. 번개가 칠 때 생성되는 질소 기체는 행성들에게 유익하다. 질소 함양이 다른 행성들과 다르다는 것을 유념하라.

* 균형적인 메카니즘

1. 수증기는 대기중에서 수소와 산소로 분해된다. 이 수소기체는 우주 공간으로 나가지만, 대부분 태양으로 인해 다시 대기중에 있게 된다. 산소는 대기중에 남아 있게 되고, 오존이나 지표로 다시 순환된다.

2. 다른 행성들은 이산화탄소나 황화합물로 인해 생명을 유지하기에 너무 강한 산성을 띤다. 지구에는 이러한 산성가스들이 동등량의 암모니아로 전환되어 중화가 된다.

3. 질소와 산소의 순환은 이러한 기체들을 일정한 수준상태로 머물도록 도와준다.

* 지각

1. 지각은 가벼운 화강암질 암석과 밀도가 작은 현무암질 암석으로 구성되어 있다.

2. 만약 대륙지각이 아주 얇다면 또한 더욱 평평하다면 대륙은 물 위로 드러나지 않을 것이다. 이 물은 약 2000m의 깊이로 지구 전체를 덮을 것이다.

* 하나의 행성으로서 엄청난 물을 가지고 있음

1. 다른 행성들은 바다나 호수들 가지고 있지 않다. 어느 행성도 소중한 물을 가지고 있지 않다. 비록 대기 중에 수증기가 있다할지라도 또는 몇몇 행성들의 암석내의 물을 함유한 무기들이 있다할지라도 오직 우리 지구에서는 값없는 어마어마한 물이 있다는 것이다.

* 물의 특이한 성질

우리가 알고 있듯이 삶에 필요한 물은 매우 특이한 성질을 가지고 있다.

1. 열용량 : 물은 많은 열을 흡수할 수 있다. 이것은 기후를 조절할 수 있는 좋은 중재자이다. 물이 많은 곳에 인접한 지역들은 일반적으로 같은 크기의 건조한 지역보다 더욱 온화한 기후가 나타난다. 이것이 바로 사막에서의 기후가 해변가의 기후보다 훨씬 더 가혹한 것이다.

2. 얼음의 밀도 : 물은 얼면 뜬다. 대부분의 액체는 그들이 얼면 가라앉게 되지만 물은 그렇지 않다. 이것은 호수가 바닥부터 어는게 아니라 표면에서부터 얼게되는 것이다.(만약 그렇지 않다면 기온은 극도로 추워질 것이다.) 이것 때문에 물고기나 다른 동물들이 겨울내내 살아남을 수 있는 것이다. 만약 물이 얼게되어 가라앉게 된다면, 겨울에 호수의 기후는 거의 불모가 될 것이다.

3. 용매 : 물은 아주 훌륭한 용매이다. 많은 무기물은 물에 잘 용해되지 않는다. 이것이 의미하는 바는 물이 다른 곳으로 물질들을 움직이게 한다는 것이다. 이것은 살아있는 유기체들에게 아주 중요하다.

4. 상태 : 물은 일정한 온도범위에서 수증기, 액체, 그리고 고체상태로 존재할 수 있다. 이것은 물이 순환할 수 있도록 만들어준다. 물은 대기 중에서 쉽게 이동되고 분배될 수 있다.

5. 이산화탄소의 완충제 : 바닷물은 이산화탄소가 과다하게 생산되는 것으로부터 이산화탄소를 용해시킨다. 이것은 온실효과를 방지해준다. 만약 이산화탄소의 함양이 낮아진다면 바다에서 더 많이 방출할 것이다. 이것은 빙결 생성을 막아준다.

6. 투명도 : 물은 충분한 태양빛을 약 100m정도 길이까지 생명을 지탱해주도록 충분히 이동해준다. 이것은 바다에서 사는 유기체들이 충분히 살도록 해준다.

<참조자료 및 관련자료>

위키백과 : 희귀한 지구 가설

위키백과 : 페르미 역설

https://en.wikipedia.org/wiki/Circumstellar_habitable_zone

네이버 지식백과(이일하 교수의 생물학 산책) : SETI 프로젝트

http://todayhumor.com/?science_50170

https://futurism.com/images/why-havent-we-found-aliens-an-analysis-of-the-problem-infographic/

2020-05-06 The Sun is less active magnetically than other stars