과학이야기]‘제2의 지구’를 발견했나?

[과학이야기]‘제2의 지구’를 발견했나?

지구에서 20.5광년이 걸리는 곳에서 발견된 외계행성 ‘글리제 581c’(왼쪽)의 상상도. 글리제 581c는 지금까지 발견된 외계행성 가운데 가장 지구를 닮은 행성이다. (유럽남반구천문대(ESO)) 왼쪽_ 유럽우주국(ESA)의 코로트가 ‘제2의 지구’ 를 탐색하는 상상도. 이 위성은 행성이 별 앞을 지날 때 생기는 밝기 변화를 감지해 행성을 찾아낸다. (ESA) 가운데_ 지구보다 질량이 7배가량 무거운 ‘슈퍼지구’ (왼쪽)의 상상도. 한정호 교수팀이 참여한 국제공동연구팀 ‘마이크로펀’ 이 발견한 행성이다. (마이크로편) 오른쪽_ 3개의 태양이 뜨는 타투인 행성(왼쪽 위)에 위성이 있다는 가정하에 그 위성에서 바라본 상상도. 태양 하나는 진 상태이고, 나머지 2개의 태양이 바로 위에 떠 있다. (NASA)

ET, 스타트렉, 스타워즈 같은 SF(공상과학)영화를 보면 고등문명을 가진 다양한 외계인이 등장한다. 이런 영화 때문인지 외계인이 어딘가 있을 것이라고 쉽게 예상하지만 아직까지 지구 밖에서 생명체가 존재한다는 증거를 찾은 적은 없다.

그렇다면 방대한 우주에 고등생명체는 우리뿐이란 말인가. 하지만 최근 이 질문에 ‘No’라고 대답할 수 있는 가능성이 더 높아졌다. 지금까지 태양계 밖에서 발견된 외계행성 가운데 지구와 가장 닮은 행성을 발견했기 때문이다. 과연 ‘제2의 지구’를 발견한 것일까.

지구처럼 물이 존재하는 행성

지난달 말 스위스 제네바천문대 슈테파네 우드리 박사팀이 지구에서 20.5광년 떨어져 있는 별 ‘글리제 581’ 주위를 돌고 있는 작은 행성을 발견해 국제저널 ‘천문학 및 천체물리학’에 발표했다. ‘글리제 581c’라고 이름 붙은 이 행성은 지구 질량보다 5배 무거운 것으로 밝혀졌다. 지구를 닮은 행성일 가능성이 높다는 뜻이다. 우드리 박사팀은 이 행성이 지구처럼 암석으로 구성돼 있다면 행성의 반지름이 지구 반지름보다 1.5배 클 것이라고 추정했다.

생명의 천국인 지구를 보면 알 수 있듯이 생명체에 필수 요소 중 하나가 액체 상태의 물이다. 지표면의 70%를 덮고 있는 물은 생명현상과 직결되는데, 생물체의 성분 중 50% 이상을 차지하고 체내의 여러 물질을 녹일 수 있으며 외부 온도 변화에 크게 영향을 받지 않는다.

행성에 물이 액체 상태로 존재하기 위해서는 적당한 대기압하에 표면온도가 0~100℃ 사이여야 한다. 따라서 별에서의 거리가 제한된 영역에 물이 존재할 것이다. 이런 영역을 특히 ‘(생명체) 거주가능영역’(Habitable Zone, HZ)이라고 부른다. 물이 있는 곳에 곧 생명체가 살 수 있기 때문이다. 마치 사막의 오아시스 같은 곳이라 할 수 있겠다. 우리 태양계의 경우 ‘거주가능영역’은 태양으로부터 1억4000만~2억9000만㎞ 사이의 공간이다. 이곳은 금성 바로 다음에서 화성 바로 직전까지의 공간이다. 즉 지구만이 생명체 거주가능영역에 있는 행성인 것이다.

‘거주가능영역’은 별의 밝기에 따라 달라진다. 보통 별은 나이가 들수록, 질량이 클수록 밝기가 밝다. 어두운 별의 경우 밝은 별보다 더 안쪽에 ‘거주가능영역’이 존재한다. 예를 들어 태양보다 어두운 별에서는 지구 위치가 아니라 금성 위치에 물이 있을 만하기 때문에 이곳에 생명체가 존재할 가능성이 더욱 크다.

우드리 박사팀의 계산에 따르면 글리제 581c의 평균 온도는 0~40℃ 사이라고 한다. 이는 액체 상태의 물이 있기에 적합하며 생명체까지 살 수 있을 만한 조건이다. 이 행성은 모성(母星)에서 지구-태양 거리의 14분의 1만큼 떨어져 있지만 모성이 태양보다 약한 빛과 열을 내뿜는 덕분에 거주가능영역에 존재하는 것이다.

하지만 글리제 581c가 암석이 아니라 기체로 된 행성일 가능성도 있다. 만일 이 행성이 덜 딱딱한 물질로 돼 있다면 반지름은 지구 반지름의 1.5배보다 더 클 것이다. 연구팀의 미셸 메이어 박사는 “이 행성이 ‘제2의 지구’인지 확인하기 위해 행성의 구성성분을 알아내야 하지만 이 작업은 쉽지 않다”고 밝혔다.

3개의 태양이 뜬다!

공교롭게도 1995년 최초로 ‘페가수스자리 51번 별’ 주변에서 외계행성을 발견한 사람들도 스위스 제네바천문대의 과학자들이었다. 이후 천문학자들은 태양계 밖에서 200개가 넘는 행성을 찾아냈다. 매달 평균 1, 2개꼴로 새로운 외계행성을 포착한 셈이다.

이 가운데는 목성보다 더 크면서 질량은 절반밖에 안 나가는 행성도 있으며, 겨우 10시간 만에 모성을 한 바퀴 공전할 정도로 빨리 움직이는 행성도 있다. 또 백조자리의 HD 188753이라는 세쌍둥이별 주위를 도는 행성도 발견됐다. 이 행성에서는 3개의 태양이 뜨는 희귀한 광경을 볼 수 있을 것이다. 이 행성의 발견자인 미국 캘리포니아공대 마치에이 코나츠키 박사는 이 행성에 ‘타투인’이란 이름을 붙였다. 타투인은 영화 ‘스타워즈’의 주인공 루크 스카이워커의 고향으로 2개의 태양이 뜨는 신비한 행성이다.

현재 지구 궤도에는 유럽우주국(ESA)의 외계행성 관측위성 ‘코로트’가 ‘제2의 지구’를 찾기 위해 노력하고 있다. ESA에 따르면, 지름이 27㎝인 망원경을 탑재하고 있는 코로트는 지구 크기보다 2, 3배 큰 외계행성까지 찾아낼 수 있다고 한다. 코로트는 행성이 모성 앞을 지나갈 때 생기는 미세한 밝기 변화를 포착해 지구형 행성을 찾는다.

과학자들은 코로트가 앞으로 2년 반 동안 12만 개의 별을 감시해 지구보다 약간 큰 외계행성을 60~240개 발견할 것으로 예상하고 있다. 이 가운데는 지구를 빼닮은 행성도 있을 수 있다.

미국항공우주국(NASA)은 지구형 행성 탐사위성 TPF를 준비하고 있다. 이 위성은 고해상도 분광기를 이용해 외계행성의 대기에 있는 수증기, 이산화탄소, 오존, 메탄의 비율을 측정한 뒤 생명체가 그곳에 살 수 있는지 파악할 계획이다. 예를 들어 오존 스펙트럼을 볼 수 있다면 행성 대기에 산소를 공급하는 식물이 존재할 가능성이 높다.

한국의 ‘지구사냥꾼’ 출동

외계행성을 탐색하는 분야에서 한국 과학자들의 활약도 돋보인다. 특히 충북대 물리학과 한정호 교수팀은 ‘마이크로펀’이라는 국제공동연구팀에 참여해 2001년부터 5년간 2개의 외계행성을 발견하는 성과를 거두었다. 각각 목성보다 2배 무거운 행성과 지구보다 7배 무거운 행성이다.

한 교수팀은 여기서 한 걸음 더 나아가 우리 과학자가 주축이 된 ‘지구사냥꾼’(Earth Hunter) 프로젝트를 10년간 진행할 계획이다. 남부 아프리카, 남아메리카, 뉴질랜드에 일반 망원경보다 시야가 150배나 더 넓은 지름 2m급 광시야 망원경 1대씩을 설치해 24시간 내내 밤하늘에서 외계행성을 탐색하려는 것이다. 예를 들어 남아메리카 천문대에서 아침에 관측이 끝나면 뉴질랜드 천문대에서 이어받아 관측을 하면 24시간 내내 밤하늘을 관측할 수 있다.

연구팀은 이 프로젝트가 끝날 무렵 목성급 행성을 수천 개, 천왕성급 행성을 수백 개, 지구형 행성을 수십~수백 개 발견할 전망이다. 한 교수는 “이 수치는 그때까지 발견할 모든 외계행성의 절반 이상을 차지하는 정도일 것”이라고 말했다.

그는 또 “지구사냥꾼 프로젝트를 통해 우주에 망원경을 띄우지 않고도 질량이 지구의 10분 1 정도인 외계행성을 ‘사냥’할 수 있다”며 “제2의 지구를 찾는 일에 우리나라가 선두에 설 날이 머지않았다”고 밝혔다.