“우리 말고도 별이 반짝이는 하늘을 올려다보는 존재가 있을까?”

생이 다하는 순간까지 '지구 너머 생명'을 연구한
어느 과학자의 마지막 메시지

밤하늘을 올려다보며 ‘저 별들 중에도 생명이 존재할까’라고 상상하던 소년은 훗날 지구물리학자가 되었다. 도쿄대학 지구행성과학 교수인 아베 유타카는 루게릭병과 싸우며 3년간 이 책을 집필했다. 그의 옆에는 항상 기후 연구자인 아내 아베 아야코가 있었다. 두 사람은 행성의 형성 과정을 함께 연구한 논문 <육지 행성의 생존 한계>를 학술지 《Astrobiology》에 발표해 세계적으로 화제가 되었다. 이 책은 그 연구를 시작으로 ‘행성에서 생명이 탄생할 수 있는 조건’의 탐색 과정을 정리한 것이다.

천문학과 생물학은 물론 지질학, 화학에 이르기까지 분야를 넘나드는 연구를 통해 지구가 얼마나 특별한 별인지, 또 태양계 너머 지구 같은 ‘생명의 별’이 존재할 확률은 어느 정도일지 고찰한다. 우리가 당연하게 인식해 놓친 것들을 재차 질문하고 연구하며, 어려운 용어 없이 누구나 쉽게 이해할 수 있도록 친절히 설명해나간다. 바로 눈앞을 쫓기에만 급급했던 우리의 시야를 이제 별이 반짝이는 하늘로 옮겨보자. 이 책에는 생이 다할 때까지 ‘지구 밖에도 생명이 존재한다’는 신념을 과학으로 증명하려 했던 한 과학자의 노력이 고스란히 담겨 있다. 이제 당신이 밤하늘을 올려다보며 우주 어딘가에 있을 다른 존재를 상상할 차례다.

★ 일본 아마존 과학 분야 베스트셀러

지구가 가진 생명의 조건으로
외계 생명을 탐구하는 특별하고 유일한 여정

지구에 생명이 존재한다는 건 너무 당연한 사실이다. 하지만 저자는 ‘지구에는 어떻게 생명이 태어난 걸까?’ ‘생명이 존재하려면 육지가 꼭 필요할까?’ ‘지구 전체 물의 양이 지금의 1/10이었다면 어땠을까?’ 등 우리가 당연하게만 여겼던 ‘생명의 조건’을 되짚으며 외계생명체의 가능성을 좇는다. 외계생명체를 찾는 시도가 그간 없었던 건 아니지만 지구의 조건을 바탕으로, 이처럼 다양한 분야를 넘나드는 시도는 처음이다.
저자가 가장 중요하게 생각하는 생명의 조건은 ‘물’이다. 물이 없으면 생명이 살 수 없다는 건 누구나 아는 상식이다. 하지만 왜냐고 물었을 때 제대로 답할 수 있는 사람은 거의 없다. 저자 역시 학창시절 생물학 선생님에게 물었을 때 “무슨 그런 당연할 걸 물어?”라는 대답만 들었을 뿐, 어느 누구도 제대로 설명해주지 않았다는 경험부터 밝힌다. 그래서 스스로 왜 ‘액체 상태의 물’인지 연구하기 시작했다.

>> 태양계에서 가장 많은 원소는 수소이고 다음은 헬륨입니다. 그 다음은 산소, 탄소 등이죠. 물은 수소H와 산소O로 이루어져 있습니다. 헬륨은 화학반응을 하지 않는 물질입니다. 따라서 물은 화학반응을 하는 물질 중에서 가장 많은 물질과 두 번째 많은 물질로 이루어진 것이죠. 우주의 규모로 보더라도 물은 ‘많은 게 당연하다’고 추론할 수 있습니다. (…) 사실 물 정도의 분자량을 가진 물질은 상온·상압에서 기체여야 하는데 액체 상태를 유지한다는 점에서 물이라는 물질의 ‘특이함’이 잘 드러납니다. 분자량이 작아서 많이 존재한다는 점과 고온까지 액체 상태를 유지한다는 ‘특이함’이 물을 액체의 대명사로 만든 것입니다. _본문 중에서

게다가 지구에 있는 물의 ‘양’이 얼마나 절묘한지, 물의 양에 따라 행성의 수명이 얼마나 좌우되는지에 대해서도 설명한다. 지구는 물 외에도 판의 이동, 기체, 대륙, 바다, 충돌, 궤도, 행성의 크기, 주변 항성 등 복잡하고 다양한 조건이 맞물려 경이로운 생명의 탄생을 맞이할 수 있었다.

“문과생들에게 제일 먼저 추천하는 지구과학 책”

루게릭병이라는 극단적인 제약조차 신념을 과학으로 바꾸는 여정을 방해할 수 없었다. 불편한 몸을 이끌고 교수 업무를 진행하는 데는 남들보다 많은 준비와 시간이 필요했다. 집필은 수업을 하고 남는 시간에 한 게 아니라 일부러 시간을 만들어야 가능했다. 하지만 저자의 아내 아베 아야코는, 그가 집필을 조금도 버거워하지 않았고 오히려 무척 즐거워보였다고 말한다. 평생의 신념을 증명해나가는 경이로운 과정이었기 때문이다. 그는 많은 사람들이 최대한 쉽게 받아들일 수 있는 책을 쓰기 위해 3년이라는 시간을 투자했다. 이런 진심과 열망은 일본 아마존 과학 분야 베스트셀러라는 결과로 돌아왔다. 일본 독자들은 “문과 출신인 나에게 ‘지구과학의 교과서’로 남은 책” “지구가 우주에서 얼마나 멋진 별인지 깨닫게 해준 책” “교양 지구과학을 배우는 문과생들에게 제일 먼저 추천하는 책” 등의 찬사를 보냈다.

공상가들의 픽션이
과학자의 논픽션으로 변화하는 과정

지구는 복잡하고 불가사의한 조건이 얽혀 있는 행성이다. 이 책을 읽다 보면, 이런 까다로운 조건을 갖춘 별이 또 존재하리라는 기대를 갖기 어렵다. 저자는 그럼에도 “이 광활한 우주에 생명체가 지구에만 있다고 생각하는 것은 환경의 가능성, 생명의 가능성을 외면하는 행위”라고 역설한다. 그는 지구 너머 다른 별에도 생명체가 반드시 있다고 믿는다. 병상에서도 연구를 멈추지 않을 수 있었던 건 이러한 믿음 덕분이었다.

‘태양계에 지각이 움직이는 판이 존재하는 행성은 지구뿐’이라는 점이나 ‘화성에도 액체 상태의 물이 존재했다는 점’을 통해 깨닫게 되는 것이 있다. 생명의 별이 지구와 꼭 같을 필요는 없다는 사실 말이다. 이런 깨달음을 통해 독자는 외계생명체의 가능성에 한 발짝 더 다가가게 된다.
인류는 외계생명체에 대해 끊임없이 질문해왔다. 하지만 SF에나 등장하는 존재라는 인식, 즉 픽션의 세계에서 벗어나지 못하고 있다. 영화에서 그려지는 외계생명체는 우리의 욕망과 상상이 투사된 허구, 그 이상도 이하도 아니었다. 눈에 보이지 않는 최첨단 기술에 둘러싸여 사는 시대에 우주 어딘가의 존재를 상상하는 일이 외형이나 성격 같은 상투적 특징에만 한정되어 있는 건 안타까운 일이다. 그들이 지구와 얼마나 다른 환경과 조건에서 탄생할지 혹은 어떤 과정을 거쳐 진화하고 발전할지 등을 과학적으로 고찰해보는 건 영화보다 더 흥미로운, 당신의 지적 욕구를 자극하는 일이 될 것이다. 픽션보다 훨씬 더 생생하고 논리적인 과학자의 논픽션을 만날 차례다.

“외계생명의 조건과 가능성을 다루는 과학책은 드물지 않다. 하지만 천문학과 생물학은 물론 지질학, 화학에 이르기까지 관련된 부문을 총망라해 집대성한 것은 이 책이 유일하다 해도 과언이 아니다. 여기에서 다루는 내용을 완전히 넘어서는 새로운 과학적 관점이 등장하려면 아마 외계생명과 직접 조우하는 그 날까지 기다려야 하지 않을까.”

_원종우 (팟캐스트 〈파토의 과학하고 앉아있네〉 진행, 〈과학과 사람들〉 대표) 

“과연 우주에는 우리뿐일까? 이 질문은 인류가 밤하늘을 올려다본 이후로 지금까지 간직하고 있는 가장 중요하고 오래된 질문이다. 동시에 그저 허무맹랑한 공상으로 치부되기도 한다. 하지만 역설적으로, 그렇기 때문에 이 질문에 대한 답을 찾아가는 이 책의 여정은 굉장히 철저하고 논리적이다. 몽상가들의 판타지가 과학자들의 논픽션으로 변화해가는 생생한 과정이 바로 이 한 권에 담겨 있다. 이제 외계생명체는 우리 우주의 현실이다.”

_지웅배 (천문학 커뮤니케이터, 《하루종일 우주 생각》 저자)

 

 

우리는 자기가 사는 지역이나 국가의 정치와 경제 혹은 세계 정세에 대해 잘 알고 있습니다. 과연 우리가 사는 지구 시스템에 대해서는 어떨까요? 지구에는 왜 바다가 있을까요? 바다나 육지, 지구 내부에서 일어나는 활동은 지구 환경과 지구 생명체에 어떤 영향을 미칠까요? 언제부터 대기에 산소가 있어서 당연하게 호흡했을까요? 이런 질문에 제대로 대답할 수 있는 사람은 그리 많지 않습니다. 생명의 조건을 탐색하는 일은 지구를 더 알아가는 과정으로 이어질 것입니다. _19~20쪽

지구의 형성 과정과 환경은 아주 복잡하고 불가사의합니다. 하지만 이 드넓은 우주에 그런 행성이 지구밖에 없다고는 생각하지 않습니다. ‘생명체가 지구에만 있다고 생각하는 것은 환경의 가능성, 생명의 가능성을 외면하는 행위’라고 생각합니다. 아무리 기적처럼 보인다 해도 반드시 제로가 아닌 확률로 생겨날 테니까요. _20쪽

지상에서 생활하는 생물은 물이 없어서는 안 될 것 같다는 생각이 듭니다. 그런데 왜 ‘액체 상태의 물’일까요? 젊은 시절 문득 그런 의문을 품었습니다. 하지만 생명의 중요한 조건이 ‘액체 상태의 물’이라는 사실을 모두가 암묵적인 전제로 인정했는지 ‘생물은 항상 물이 필요할까?’ ‘왜 물이 필요할까?’ 등 소박한 의문에 대한 명쾌한 대답은 어디에도 없더군요. _26쪽

육지가 필요한 이유는 무엇일까요? 사실 바다 생물도 육지에 큰 영향을 받습니다. 육지, 특히 광활한 육지(=대륙)는 지구 환경에 상당히 큰 영향을 미칩니다. 대륙은 생명체에게 대단히 중요하며, 생각하기에 따라서는 필수일지도 모른다고 말하는 이유는 생물이 사는 환경의 온도 조건에 영향을 미칠 뿐 아니라 생물을 구성하는 재료와도 관련이 있기 때문이죠. _77~78쪽

세상에는 산소를 싫어하는 생물이 있습니다. ‘혐기성’생물이라고 하는데, 현재 지구에도 아주 많이 존재하죠. 그뿐 아니라 생물은 원래 모두 ‘혐기성’이었다고 여겨집니다. 생물에게 산소는 이른바 독극물이었던 셈입니다. 이런 독극물이 어쩌다가 우리에게 없어서는 안 될 존재가 되었을까요? _95쪽

지구에 온실효과 폭주가 일어나는 시기는 태양복사량이 10~15퍼센트 늘어나는 10억 년 후로 추정됩니다. 그 시점에 지구는 더 이상 물 행성이 아니게 되는 것이죠. 그러나 지구 궤도에 전형적인 육지 행성이 있다면 그 행성은 30억 년 이상 더 물 행성 상태를 유지할 수 있습니다. 육지 행성이 더 긴 시간 동안 물 행성 상태를 유지할 가능성이 크죠. 물 행성으로서 수명은 오히려 육지 행성이 더 긴 것입니다. _132쪽

큰 행성의 대기에 대량의 수소가 있다면 광합성으로 산소가 생성되더라도 수소와 결합하여 물로 변할 뿐입니다. 대기 중에 산소 상태로 쌓일 수 없죠. 애초에 광합성으로 산소가 나오는 이유는 물을 분해해서 수소를 골라내고 남은 폐기물이기 때문입니다. 수소가 많으면 물을 분해할 필요도 없고 산소가 생길 이유도 없을 겁니다. 어느 쪽이 되었든 지구보다 큰 행성에서 대기 중에 산소가 존재하기는 어려울 것입니다. _191쪽

이런 조건을 검토하다 보면 태양계에 지각이 움직이는 판이 존재하는 행성은 지구뿐이라는 점이나 화성에도 예전에는 생명에게 필요한 액체 상태의 물이 존재했다는 점이 명백해집니다. 이런 식으로 과학적 고찰을 축적함으로써 거주 가능한 행성이 사실은 현재의 지구와 꼭 같은 별일 필요는 없다는 점을 독자 여러분도 알게 되죠. _266쪽

이 책을 읽어준 분들이 과학자 아베 유타카가 ‘지구 외에도 생명의 별은 있다’라는 ‘신념’을 ‘과학’으로 바꿔가는 연구를 응원하고 함께 참여해준다면 그보다 기쁜 일은 없을 것입니다. _268쪽

들어가며_지구 밖 어딘가에

1장 물
생명체는 왜 물이 필요할까? / 액체가 필요한 이유 / 물은 많은 게 당연하다 / 물은 특이한 물질 / 물이 ‘특이한’ 이유 / 물은 꼭 지표면에 있어야 할까? / ‘물 행성’이 되기 위한 세 가지 조건 / 온실효과와 온실효과 폭주 / 물이 아주 잠시 있었던 행성과 계속 있는 행성

2장 움직이는 지면
두 번째 조건의 열쇠는 우리 발밑에 있다 / 기체 분출이란? / 기체 분출과 바다 속에서 형성되는 탄산염 / 기체 분출은 판이 지배한다 / 지구는 암석 판으로 덮여 있다 / 대륙 이동설과 판구조론은 무엇이 다를까? / 판의 중요한 영향력 / 공룡 시대는 지금보다 더 따뜻했다 / 판운동의 메커니즘 / 탄소순환은 지구온난화를 막아줄까?

3장 대륙
생물은 육지가 필요할까? / 대륙이 없다면 지구의 기온은 60도 이상? / 생물에게 필요한 원소 / 인은 어떻게 공급될까? / 대륙과 해저는 무엇이 다를까? / 세 번째 조건인 대륙의 필요성

4장 산소
재료는 갖춰졌다 다음은 에너지다 / 산소는 독극물이었다 / 에너지를 효율적으로 얻으려면 / 산소의 또 다른 혜택 / 태초의 지구에는 산소가 없었다 / 생물의 진화와 산소 / 산소가 늘어나는 메커니즘 / 지구 동결 현상과 산소 증가 사이의 수수께끼 / 지구는 얼마나 진귀한 별일까?

5장 바다 행성과 육지 행성
물은 많을수록 좋을까? / 물은 행성의 어디에 모일까? / 물은 환경을 크게 변화시킨다 / 10억 년 후에는 지구에 생명이 살 수 없어진다? / 지구에 있는 바다의 양이 지금과 달랐다면 / 지구에 있는 물의 양은 어떻게 결정되었을까?

6장 행성의 거대 충돌
태양계와 지구의 탄생 / 행성이 이동한 행성계

7장 대기와 물의 보유
지구형 행성의 대기 형성 과정과 물의 획득 / 어떤 물질이 지구에 물을 공급했을까? / 물은 언제 공급되었을까? / 최초의 비가 내려서 ‘액체 상태의 물’이 생겼다 / 금성과 화성이 지구가 되지 못한 이유 / 지구에 있는 물의 양은 어떻게 결정되었을까? / 태양계 너머의 물 행성

8장 크기
작은 행성은 대기를 유지할 수 없다 / 슈퍼지구란 어떤 별일까? / 큰 행성은 온통 물에 잠겨 있다 / 슈퍼지구의 생물은 어떤 모습일까?

9장 궤도와 자전, 그리고 다른 행성
행성의 공전 궤도는 환경에 어떤 영향을 미칠까? / 자전축 기울기가 없으면 계절의 변화도 없다 / 자전축이 많이 기울어지면 어떤 일이 벌어질까? / 자전축 기울기는 어떻게 정해질까? / 미세한 궤도 변화가 행성에 빙하기를 초래한다 / 달이나 목성이 없었다면?

10장 항성
항성의 크기가 행성의 환경을 결정짓는다 / 생명이 진화하는 데 필요한 시간과 행성의 수명 / 항성의 조성이 행성의 성질에 영향을 미친다

맺음말 드레이크 방정식을 넘어서
머지않아 물 행성이 발견될 것이다 / 지구는 역시 ‘기적의 별’일까? / 물 행성의 다양성과 생명의 다양성 / 생명의 별은 반드시 존재한다

보충 _ 생명체는 자기장이 필요할까?
감사의 말
해설 _ ‘신념’을 ‘과학’으로 바꾸다