[아하! 우주] 먼지 휘날리는 외계행성에도 생명체 존재 가능

[서울신문 나우뉴스]

적색왜성을 배경으로 한 외계행성의 시뮬레이션 3종. 화살표가 바람, 색상 스케일이 대기 중 먼지를 나타낸다.(사진=엑서터대)

먼지가 휘날리는 외계행성에도 고전 공상과학(SF) 영화 ‘사구’(Dune)의 사막행성처럼 생명체가 살 가능성이 있다고 과학자들이 주장하고 나섰다.

영국 엑서터대와 이스트앵글리아대 등 공동연구진은 먼지에는 태양광을 차단해 기온을 낮추고 보존하는 두 가지 효과가 있으며, 이런 효과는 지금까지 생명체가 존재하기 어렵다고 여겨온 행성 환경을 거주가능 환경으로 바꿀지도 모른다고 제안했다.

현재 외계행성은 꽤 많은 수가 발견돼 과학자들은 물론 일반인들도 이런 행성에 우리 지구에서처럼 생명체가 존재할 수 있는지를 두고 점차 관심이 커지고 있다.

지구(위 청색띠 안)는 생명체가 살기에 적합한 환경을 갖고 있다는 점에서 골디락스 행성의 표본이라고 할 수 있다. 지금까지 발견된 외계행성들 중 가장 지구와 비슷한 환경을 지닐 것으로 생각되는 후보는 글리제 581d(아래)이다(Phot-15b-09-fullres.jpg: ESOderivative work: Henrykus / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0))

하지만 이런 행성에는 액체 상태의 물이 존재할 수 있는지가 가장 중요해 모항성과의 거리가 너무 가깝거나 멀지 않은 영역인 이른바 ‘골디락스 존’으로 불리는 생명체 거주가능 영역 안에 들어가는지를 먼저 파악하는 것이 핵심이다. 왜냐하면 행성이 모항성에 너무 가까우면 뜨거워 물이 기체 상태로 존재해 생명체가 살 수 없고 반대로 너무 멀어도 모든 것이 얼어붙어 이 역시 생명체가 존재하기가 어렵기 때문이다.

적색왜성의 상상도. 적색왜성은 우리 은하 내 별들의 대다수를 차지한다.(사진=NASA/Walt Feimer / Public domain)

그런데 이번 연구에서 이들 연구자는 태양보다 작고 덜 뜨거운 항성인 적색왜성(M형 주계열성)이 생명체 거주가능 영역에 들어갈 가능성이 크다고 봤다. 적색왜성은 매우 가까운 영역에 골디락스 존이 형성된다. 그런데 모항성과 행성 사이의 거리가 이처럼 가까우면 행성에는 자전과 공전의 동기화가 일어날 가능성이 커진다. 동주기자전이라고도 불리는 이 현상은 지구와 달 사이에서도 나타난다. 이 현상은 주로 두 별 중 주성에 대해 반성이 항상 같은 면을 향하는 상태로 나타나지만, 행성의 경우 항상 빛을 받는 부분과 그렇지 못한 부분이 생겨 지역에 따라 낮과 밤이 고착돼 버린다. 그러면 항상 낮인 지역은 점점 더워지고 밤인 지역은 점점 차가워져 생명체가 거주할 수 없는 환경이 돼 버리는 것이다.

이 때문에 적색왜성 주변에서는 만일 행성이 골디락스 존 안에 존재해도 동주기자전 현상이 있으면 지금까지 생명체가 존재할 수 없는 환경으로 여겨왔다.

하지만 이번 연구에서는 먼지가 지닌 주요 영향을 세 가지로 분리해 분석함으로써 동주기자전 현상이 있는 행성에서도 먼지로 뒤덮여 있으면 낮 지역의 기온을 낮추고 밤 지역으로 남는 열을 옮김으로써 골디락스 존을 형성할 수 있다는 것을 이들 연구자는 발견했다.

이에 대해 이번 연구를 이끈 엑서터대 이언 보틀 박사는 “지구와 화성에서의 먼지폭풍은 표면에 냉각과 온난화라는 두 효과를 가져오지만 일반적으로는 냉각 효과가 더 크게 나타난다. 그렇지만 동주기자전 현상을 지닌 행성에서는 상황이 다르다”면서 “이런 행성에서는 영원한 밤인 지역이 있고 거기서는 온난화 효과가 크게 나타나지만 영원히 낮인 지역에서는 냉각 효과가 훨씬 더 크게 나타난다”고 말했다. 이어 “이런 효과는 극단적인 기온 차를 완화해 행성을 더 거주하기 좋게 만든다”고 덧붙였다.

사실 이런 먼지 효과는 지구의 기후에도 커다란 역할을 하고 있다. 연구진은 최첨단 기후 모형을 이용해 지구 크기의 외계행성에 관한 시뮬레이션을 수행하고 먼지의 영향에 의해 생명을 유지할 환경이 만들어진다는 것을 처음으로 보여줬다.

이번 연구는 지금까지 행성의 생명을 지탱하는 환경에 대기에 포함된 먼지 역시 중요한 요인이 될 수 있음을 시사한다. 하지만 행성을 둘러싼 먼지의 존재는 그 표면에 생명체가 있는지를 조사하는 것도 방해한다. 이 점은 앞으로 연구로 극복해야 할 문제이기도 하다. 그렇지만 이번 연구는 지구의 기후를 연구하는 최첨단 기술을 외계 행성을 조사하는 도구로도 활용할 수 있다는 점은 알아낸 분야를 초월한 뛰어난 성과다. 따라서 이번 연구는 우주에서 우리만 존재하는지 아니면 다른 생명체가 더 있는지 답을 찾는 데 언젠가 도움이 될지도 모른다.

자세한 연구 결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) 최신호(6월 9일자)에 실렸다.

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

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