우리은하엔 지구형 행성이 가득하다?

[금요 포커스] 모든 행성은 얼음으로 된 자갈에서 탄생

“이 광활한 우주에 우리밖에 없다면 엄청난 공간의 낭비가 아닌가.” 저명한 천문학자이자 ‘코스모스’의 저자로 유명한 칼 세이건이 남긴 말이다.

그의 말처럼 새로운 외계행성이 끊임없이 발견되고 있다. 그리고 그중에서 10%가 넘는 행성들은 지구와 놀라울 만큼 비슷한 환경을 가졌다. 하지만 지구처럼 액체 상태의 물이 존재하는 외계행성은 그리 많지 않을 것으로 추정한다.

우리 은하에는 지구처럼 거대한 규모의 바다와 대륙으로 뒤덮인 외계행성들이 가득할 수 있다는 연구 결과가 발표됐다. © NASA, ESA and G. Bacon (STScI).

지구에 물이 풍부한 이유는 얼음 덩어리의 소행성이 충돌하며 물을 공급했다는 가설이 현재 가장 큰 지지를 받고 있다. 즉, 그런 소행성들에 의해 지구가 대량 폭격을 당한 것은 우연의 일치이자 행운에 의해서만 가능한 일이라는 의미다.

그런데 우리 은하에는 지구처럼 거대한 규모의 바다와 대륙으로 뒤덮인 외계행성들이 가득할 수 있다는 주장이 제기됐다. 덴마크 연구진이 지구의 물은 소행성 같은 외부 물질에서 온 것이 아니라 처음부터 지구의 기본 구성물이라는 연구 결과를 발표한 것이다.

은하의 모든 행성이 같은 방식으로 형성

코펜하겐대학의 안데르스 요한슨(Anders Johansen) 교수팀은 컴퓨터 모델을 사용해 지구 같은 행성이 형성되는 속도와 구성 요소를 계산했다. 그 결과 45억 년 전 지구가 형성되는 과정에서의 기본 구성물은 은하수의 모든 젊은 별 주위를 공전하는 것으로 알려진 밀리미터 크기의 얼음과 탄소로 된 먼지 입자라는 사실이 밝혀졌다.

그 후 현재 질량의 1%로 될 때까지 우리 행성은 얼음과 탄소로 채워진 자갈 덩어리를 빨아들이며 성장했다. 그로부터 500만 년 후 지구는 점점 더 빠르게 성장해 오늘날 우리가 알고 있는 것만큼 커졌다.

그 과정에서 표면의 온도가 급격히 상승하여 자갈 속의 얼음이 증발한 결과, 오늘날에는 지구의 0.1%만이 물로 이루어져 있다. 그런데도 지구는 표면의 70%가 물로 덮여 있는 푸른 행성이 되었다.

이처럼 행성은 서로 뭉쳐 있는 자갈에 의해 형성되고, 그 후 점점 더 크게 성장한다는 이 가설은 ‘자갈 부착(pebble accretion)’ 이론으로 불린다.

앤더스 요한슨 교수는 물 분자(H2O)가 우리 은하의 모든 곳에서 발견되고 있는데, 자갈 부착 이론에 의하면 지구, 화성, 금성을 비롯해 은하의 모든 행성이 같은 방식으로 형성되었을 가능성이 높다고 주장했다. 이 연구 결과는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 최신호에 발표됐다.

바다와 대륙 함께 있어야 문명 형성 가능성 높다

만약 우리 은하계의 행성들이 지구와 같은 구성 요소와 온도 조건을 가지고 있다면 그들도 지구처럼 거대한 바다와 대륙으로 된 행성일 가능성이 높다. 요한슨 교수팀의 모델을 사용하면 모든 행성은 같은 양의 물을 얻는데, 이는 다른 행성들도 지구와 같은 양의 물과 바다를 가질 뿐만 아니라 같은 양의 대륙을 가진다는 사실을 암시하기 때문이다.

거대한 바다와 함께 대륙도 지닌다는 사실은 그 행성에 지적 생명체가 존재할 가능성을 그만큼 높여준다. 표면 전체가 물로 덮인 행성의 경우 해양 생물이 번성할 수는 있지만, 우주를 관측할 수 있을 만한 문명 형성에는 이상적인 조건이 아니기 때문이다.

그런데 우리 은하계의 다른 행성들도 바다를 지니고 있을 가능성이 높다고 밝힌 것은 이번 연구가 처음이 아니다.

프랑스 로렌대학 암석·지구화학연구센터(CRPG) 연구진도 물이 지구의 원래 기본 구성물 중 일부였을 수도 있다는 연구 결과를 내놓은 것. 연구진은 초기 지구와 유사한 구성을 지닌 운석을 질량분석법으로 분석한 결과, 오늘날 해양의 3배 이상의 물을 지구에 공급하기에 충분한 수소 구성을 하고 있다는 사실을 알아냈다. 이 연구 결과는 2020년 8월 ‘사이언스’ 지에 발표됐다.

2020년 6월에 발표된 미 항공우주국(NASA)의 연구 결과도 있다. 연구진이 은하수의 다른 행성들이 토성의 달 엔셀라두스와 목성의 달 유로파처럼 얼음으로 뒤덮인 대양을 가질 가능성을 계산한 결과, 53개의 행성 중 14개가 그럴 가능성이 높은 것으로 나타난 것.

만약 이 연구 결과들이 사실이라면 우리가 바라보는 은하수에는 지구처럼 해양과 대륙으로 뒤덮인 외계행성들을 지닌 별들이 수없이 많을 수 있다.

안데르스 요한슨 교수는 분광 관측 기술을 지닌 차세대 우주 망원경들이 이 같은 의문을 해소해줄 것으로 기대한다고 밝혔다. 분광 관측 기술은 외계행성이 모항성의 앞을 지날 때 어떤 유형의 빛이 차단되고 있는지를 관찰함으로써 그곳에 얼마나 많은 수증기가 있는지 알 수 있기 때문이다.

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