외계 식물에 대한 탐구를 과학자들이 진행하고 있다고 합니다.
외계 식물은 어떤 모습이고 어떻게 찾을 수 있을까?
우리 은하계의 오리온 팔에는 태양으로부터 약 9,300만 마일(1억 5천만 킬로미터) 떨어진 중간 크기의 암석 행성이 있습니다. 광대한 남쪽 바다의 가장자리에는 핫핑크 색상의 호수가 부드럽게 파도치고 있습니다. 눈처럼 하얀 결정질 해안과 절임 올리브의 소금 농도보다 38배 이상 높은 이 호수에는 두드러지게 보라색을 띠는 독특한 생명체가 거주하고 있습니다. 이 원시적인 미생물들은 세균과는 조금 다르지만 다른 어떤 것과도 정확히 일치하지 않는, 완전히 살아남을 수 있는 환경에서 번성할 수 있는 결정적으로 외계적인 특성을 가지고 있습니다.
이 행성은 물론 지구이며, 호수는 호주 서부 해안 남부에 위치해 있습니다. 그러나 호수 힐리어(Hillier)의 물을 영구적으로 바비핑크색으로 유지하는 데 도움을 주는 보라색 "할로박테리아"는 더 먼 세계에서 특정 종류의 생명을 찾는 데 단서를 제공할 것으로 생각됩니다: 외계 식물.
지난 30년 동안 천문학자들은 우리 태양계 밖에 5,528개의 행성을 발견했습니다. 이는 영원한 밤에 갇혀 있는 어둠의 세계(TrES-2 b)부터 죽지 않은 별을 공전하는 폴터가이스트 행성(PSR B1257+12 b)에 이르기까지 다양한 이상한 세계들의 혼합입니다. 그리고 먼 미래가 아닌 가까운 미래에, 지구 너머에 실제로 생명이 존재한다면, 천문학자들은 외계 광합성의 명백한 특징을 발견할 수 있을 것이라고 확신합니다.
외계 식물은 상상하는 것처럼 매우 특이할 것으로 예상됩니다: 여러 개의 태양이 있는 하늘 아래 검은 나무들이 자라는 숲; 영구적인 석양 속에서 한 방향으로 기운 외계 관목들; 다른 외계 생명체를 통째로 삼킬 수 있는 육식성 아래층 식물 등이 그것입니다.
식물의 행성
외계인이 고도로 발달한 해파리 존재, 세 머리를 가진 딱정벌레 또는 상상력을 초월하여 이해할 수 없을 정도로 기이한 형태를 가지고 있다 해도, 그들의 생물학에는 물리학에 의해 정해진 몇 가지 규칙이 있습니다. 그리고 한 가지는 확실합니다: 생명체를 원자 단위로 분해하려는 엔트로피의 거부할 수 없는 힘에 저항하기 위해서는 에너지원이 필요합니다. 이 자원을 환경에서 추출하는 방법은 세 가지만 알려져 있습니다. 외계인은 직접적으로 태양광을 포획하여 식물처럼 얻거나, 수열 환기구에서 박테리아가 하는 것처럼 무기 화학물질을 사용하여 얻을 수 있습니다. 또는, 동물이 하는 것처럼, 이미 이러한 일을 한 다른 생명체를 단순히 섭취함으로써 지름길을 선택할 수 있습니다.
지구상에서, 적어도 무게로 본다면 대다수의 생명체는 첫 번째 옵션, 즉 광합성을 선택했습니다. 오늘날 살아 있는 유기체에 결합된 550기가톤의 탄소 중에서 450기가톤이 식물에 있다고 추정됩니다. 만약 우주의 대부분의 생명이 광합성을 한다면 어떨까요? 실제로, 우리가 지능적 문명을 찾는 탐구가 잘못된 방향이었으며, 우리는 처음부터 동물이 아닌 식물을 찾아야 했던 것은 아닐까요?
"우리는 지구상에서 광합성이 생명의 거의 시작부터 성공적이었다는 것을 알고 있습니다," 뉴욕시에 있는 나사(NASA)의 고다드 우주 연구소에서 일하는 생물기상학자 낸시 키앙은 말합니다. "…그리고 이것이 다른 행성에서도 성공적인 과정이 될 수 있을 것으로 예상됩니다."
그러나 이러한 이국적인 식물을 찾는 것은 까다로울 수 있습니다.
천문학자 칼 세이건의 실험
1990년 12월 8일, 반짝이는 금속체가 지구를 스치며 그것의 장비를 우리에게 향했습니다. 이것은 갈릴레오 우주선이었고, 매우 특별한 목표를 가지고 일련의 측정을 시작했습니다: 우리 행성에 생명이 있는지 확인하는 것이었습니다. 그 후, 그것은 우리 태양계의 깊은 곳으로 사라졌습니다.
이 실험은 미국의 천문학자 칼 세이건이 생각해낸 것이었고, 아이디어는 단순했습니다 - 인류가 우주에서 처음으로 지구를 만났을 때, 방문하지 않고도 생명의 명백한 징후를 탐지할 수 있을까? 갈릴레오는 UV와 적외선 빛과 같은 다양한 파장의 전자기 방사능을 측정하도록 설계된 장비에서 데이터를 보냈고, 이는 희망적인 신호를 드러냈습니다. 이러한 데이터는 차례로 우리가 더 먼 세계에서 생명을 찾는 방법을 가르쳐 줄 수 있습니다.
먼저, Sagan은 산소가 풍부하게 존재하는 것을 발견했고, 이는 광합성이 진행 중일 가능성이 있는 징후일 수 있었습니다. 지구 대기 중의 산소는 지질 및 화학적 과정에 의해 지속적으로 제거되기 때문에, 식물에 의한 생물 활동의 명백한 표시로 여겨졌습니다 - 그들이 항상 산소를 생성하지 않는다면, 그것은 없어질 것입니다. 그러나 최근 연구에 따르면 이는 항상 그렇지 않을 수 있습니다; 최근 연구에서는 빈 행성들도 가끔씩 산소를 가질 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 따라서 식물에 의해 산소가 생산되고 있는지 확신하기 위해서는 다른 것이 필요합니다.
갈릴레오 우주선이 지구를 관찰할 때 또 다른 생명의 징후는 표면 전역에 널리 분포된 특정 색소였습니다. 그것은 엽록소였습니다 - 다시 말해, Sagan은 식물의 징후를 감지했습니다. 그러나 그것은 예상한 대로 나타나지 않았습니다. 식물은 인간의 눈에는 명백하게 초록색으로 보이지만, 사실은 더 두드러지고 우주에서 쉽게 발견할 수 있는 다른 특성이 있습니다. 그것은 많은 양의 적색 빛을 흡수하지만 적외선은 그렇지 않다는 것입니다. "식물은 적외선에서 매우 반사적입니다," Kiang은 말합니다. 이 스펙트럼 범위의 빛은 식물에게는 그리 "맛있는" 것이 아니라 짧은 파장을 선호합니다. 그것이 흡수하는 파장의 급격한 변화를 우리는 "빨간 가장자리"라고 부릅니다.
외계 행성에서 식물을 찾는 한 가지 방법은 이 실험을 단순히 복사하고 그들의 표면에서 "빨간 가장자리"를 찾는 것입니다. 그러나 항상 그렇게 간단하지는 않을 수 있습니다. 육지 식물이 약 5억에서 7억 2500만 년 전에 진화했다고 생각되기 때문에, 지구는 그의 역사의 9분의 1 정도의 기간 동안만 녹색 식물로 덮여 있었습니다. 그 나머지 시간 동안, 생명체가 없었거나 다른 반사 특성을 가지고 있었습니다.
이것은 다른 행성들에서도 마찬가지일 수 있습니다. 하나의 가능성은 외계 세계도 "빨간 가장자리"와 유사한 광 수확 생물을 가질 수 있지만, 이는 다른 파장에서 발생한다는 것입니다. 사실, 외계 생명체가 별에서 에너지를 포착하기 위해 엽록소에 의존할 필요가 있는 이유가 전혀 없습니다.
지구의 초기 역사에서, 일부 전문가들은 지금 힐리어 호수에서 발견된 것과 유사한 할로박테리아가 우세한 생명체일 수도 있다고 믿습니다. 약 30억 년 전, 이러한 미생물에 의해 태양으로부터 에너지를 포착하는 원시적인 색소 레티날을 사용하여 전체 행성이 보라색으로 물들었을 수도 있습니다. 이 색소는 엽록소가 아닌 파장에서 빛을 흡수하며, "빨간 가장자리"의 자체 버전을 가지고 있습니다.
기이한 조합
매년 9월 말쯤, 핀란드 라플란드 주변의 넓은 부분을 차지하는 자작나무, 포풀나무 및 산둥나무 숲은 갑자기 황금빛으로 변합니다. 이것은 겨울 동안 겨무를 준비하면서 낙엽식 식물이 엽록소를 잃는 보통의 과정 때문입니다. 그러나 전 세계의 쿨한 지역에서 매년 가을에 나타나는 선명한 색깔은 어떤 외계 행성에서도 연중 발견되는 화려한 풍경을 엿볼 수 있을 것으로 생각됩니다.
지구에는 수많은 다양한 광합성 색소가 있으며, 그 색은 색다른 팔레트로 이루어져 있습니다. 그러나 이것들은 생물체에 의해 무작위로 선택되는 것이 아닙니다. 각각은 특정 환경 조건 범위에서 가장 효과적으로 작동합니다. 그래서 2007년에 Kiang은 이 정보를 사용하여 다른 세계의 식물이 어떻게 보일지 예측할 수 있을까라는 의문을 제기했습니다.
"어쩌면 나의 학생들은 은퇴하기 전에 실제로 살기 좋은 행성을 직접 촬영할 기회를 가질지도 모르겠다" - 넨시 키앵
NASA와의 동료들과 함께, 키앵은 태양에서 에너지를 수확하는 지구 생물들 - 세균, 지의, 식물 등 - 에서 발견된 색소를 연구하기 시작했습니다. 그런 다음 그들은 특정 유형의 별에서 방출되는 빛에 대한 지식과 그들의 발견을 결합했습니다.
과학자들은 몇 가지 가능성을 추론했습니다. 태양보다 더 뜨거운 별 주위를 공전하는 행성에서는 - 대부분 파란 빛을 방출하는 별 - 식물이 이 파장만 흡수하고 다른 파장은 반사할 수도 있습니다. 이러한 생물체는 노란색, 주황색 또는 빨간색으로 보일 수 있으므로 전체 행성이 놀랄만한 가을색에 물들 수도 있습니다. 그러나 이 모든 파란색 빛이 너무 강할 수 있습니다. 키앵은 이 파란색 빛을 일부 반사하기 위해 일부 사막 식물처럼 왁스로 된 파란색 표면을 가질 수도 있다고 설명합니다.
반면, 더 어두운, 더 차가운 별 주위에 살고 있는 식물은 모든 받을 수 있는 빛을 포착하려고 시도할 것이므로 검은색으로 보일 수도 있습니다.
오랜 기다림
외계 행성에서 식물을 발견하는 방법에 대한 아이디어는 부족하지 않지만, 문제가 있습니다. 현재 지구와 외계 행성 사이에 있는 별을 중심으로 하는 "통과"를 통해 지구와 비슷한 외계 행성을 관찰하는 주된 방법입니다. 이 때, 그들의 태양의 빛이 약간 어두워지며, 이로 인해 일종의 그림자가 생기며, 이를 망원경을 사용하여 감지할 수 있습니다. 현재 천문학자들이 행성에서 반사된 빛을 직접 볼 수 있는 경우는 드뭅니다 - 그것들은 너무 멀리 떨어져 있고, 그들의 어두운 빛은 보통 그들의 별의 찬란함에 물러나 버립니다.
키앵은 이러한 제한 사항이 적어도 다음 20년 동안 계속될 것으로 예상된다고 설명합니다. 게임 체인저는 천문학자들이 외계 행성의 첫 번째 직접 이미지를 촬영하는 데 사용할 계획인 생활 가능한 세계 망원경의 발사일 것입니다. "하지만 우리는 현재의 위치에 있습니다... 어쨌든 제 학생들은 은퇴하기 전에 실제로 살기 좋은 행성을 직접 촬영할 기회를 가질지도 모르겠습니다,"라고 키앵은 말합니다.
한편, 일시적인 해결책이 있습니다.
하나는 행성의 별에서 나오는 빛을 분석하는 것입니다 - 행성의 대기를 통과한 별빛은 그가 지나온 화학적 상태를 암시할 수 있습니다. 최근, 과학자들은 이 방법을 사용하여 1.1경 킬로미터(0.68경 마일) 떨어진 행성 K2-18b에 생명의 존재를 나타낼 수 있는 특징을 감지할 수 있었습니다.
이 요령은 광합성을 암시할 산소를 찾는 데에도 사용될 수 있습니다. 그러나 이것은 진정한 해결책의 대체재가 되지 않으며, 외계 식물의 존재를 나타내는 추가 지표를 제공할 광수확 색소를 찾는 데 사용할 수는 없습니다.
또 다른 가능성은 극도로 큰 망원경을 사용하는 것입니다 - 현재는 칠레 북부 아타카마 사막의 원격 산꼭대기에 위치한 반 완성된 프레임입니다. 이 기기는 2028년까지 준비될 것으로 예상되며, 오늘날 운영 중인 다른 어떤 기기보다도 13배 많은 빛을 포착할 것으로 기대됩니다. 키앵은 이 장비가 아마도 지구와 비슷한 행성을 직접 촬영할 수는 없을 것이라고 설명합니다. 그러나 그것은 약간 유망한 행성들을 포착할 수 있어야 합니다.
보통, 외계 생명체, 특히 식물을 수용할 가능성이 가장 높은 행성들은 지구의 반에서 1.5배까지의 크기가 예상됩니다. 그러나 일부 "초지구"는 호스트 별로부터 상당히 떨어진 우주의 외딴 구석에 위치하더라도 놀랄 만큼 생존 가능한 것으로 생각되며, 두꺼운 대기를 가지고 있으며 생명을 수용하기에 적절한 중력을 갖추고 있다고 여겨집니다.
이러한 이상한 세계들은 지구의 약 두 배 크기이며 최대 10 배 더 많은 질량을 가지고 있습니다. 한 분석에 따르면, 우리 태양계의 어떤 행성과도 달라 보이는 이 행성들은 수소 기반의 대기를 가질 수 있습니다. 만약 외계 식물이 있다면, 이들은 이 식물이 이산화탄소 대신 메탄을 흡입함으로써 "숨을 쉬는" 외계형 광합성에 의존할 수도 있습니다.
지구로부터 약 40 광년 떨어진 곳에 있는 쿨한 적색 왜성 주위를 도는 일곱 개의 작은 암석 행성이 있습니다. 트래피스트-1 태양계는 생존 가능할 수도 있는 작은 암석 행성의 비정상적으로 높은 수로 유명합니다. "이것은 엄청난 발견입니다,"라고 키앵은 말합니다.
트래피스트-1 행성 중 두 개는 이른바 골디락스 지역에 있습니다 - 그들은 별에 너무 가깝거나 너무 멀리 있지 않기 때문에, 액체 해양을 호스팅하기에 딱 적절한 양의 복사를 가지고 있습니다. 사실, 이러한 외계 행성들은 수백 배 더 많은 물을 가지고 있으므로, 그들도 파란 구슬과 닮을 수 있습니다. 그러나 외계 식물 생명이 포함되어 있다면, 그것을 발견하는 것은 쉽지 않을 수 있습니다. 지구와는 달리 광합성이 지구에서와 같이 생산적이지 않을 만큼 빛을 받으므로, 그들의 대기에 산소가 감지 가능한 양만큼 존재하지 않을 수 있습니다.
만약 인류가 가까운 미래에 외계 광합성을 감지한다면, 그것은 아마도 오직 기이한 식물로 점령된 행성에서 일어나고 있을지도 모릅니다 - 그러나 아마도 우리는 다른 생명체도 발견할 것입니다. 결국 지구에서는 약 870만 가지의 다양한 식물과 동물 종이 있습니다. 각 생존 가능한 외계 행성이 딱 하나 또는 두 개의 종만 가지고 있을 확률은 어떻게 될까요?