[사이언스] 인류는 외계 생명체를 만날 수 있을까

[비즈한국] 평소와 다름없는 평화로운 하루를 보내는 한 천문학자. 그는 거대한 전파 안테나로 우주에서 날아오는 다양한 전파 신호를 분석하는 전파 천문학자다. 어느 날 전혀 예상치 못한 놀라운 신호를 포착한다. 마치 누군가 메시지를 담아서 보낸 인공 신호처럼 아주 강하고 불규칙적이다. 전파 신호는 단 몇 초만 잡히고 사라졌다. 과연 그 신호의 정체는 무엇이었을까? 정말 우주 어딘가 살고 있을지 모르는 외계 문명의 메시지였을까?

천문학자 칼 세이건의 소설을 바탕으로 만들어져 1997년 개봉한 영화 ‘콘택트(Contact)’의 한 장면. 주인공 조디 포스터는 어릴 적부터 외계 문명의 신호를 기다린 전파 천문학자로 등장한다. (실제 전파 천문학자들은 영화에서처럼 헤드폰으로 전파 신호를 듣지 않는다.) 사진=영화 ‘콘택트’ 스틸

# 미해결 사건으로 남은 ‘와우 시그널’

1977년 8월 15일 미국 오하이오에 위치한 빅 이어(Big Ear) 전파 천문대에서 근무하던 전파 천문학자 제리 이먼(Jerry R. Ehman)은 우연히 아주 흥미로운 신호가 전파 안테나에 포착된 것을 확인했다.

평소의 자연적인 노이즈에 비해 확연하게 뚜렷하고 강한 신호였다. 게다가 그 신호는 우주에서 가장 흔한 수소 원자에서 방출되는 1.4 GHz 근처의 주파수 대역에서 나오고 있었다. 너무나 놀란 나머지 그는 당시 포착된 신호가 기록되어 나오는 기록지 위에 빨간 펜으로 ‘wow!’라고 써넣었다. 이후 천문학자들은 이 의문의 신호를 와우 신호(wow signal)라는 재밌는 별명으로 부른다.

당시 미국 오하이오에 설치된 ‘커다란 귀’ 빅 이어 망원경은 땅 위에 박혀 있는 고정된 막대형 안테나였다. 우리에게 익숙한 접시 모양의 안테나는 비교적 쉽게 보고 싶은 방향으로 안테나 고개를 틀어서 더 넓은 하늘을 빠르게 훑어볼 수 있다. 하지만 빅 이어와 같은 고전적인 방식의 안테나는 지구가 자전하면 그와 함께 안테나가 바라보는 하늘의 방향도 계속 바뀐다. 그래서 아쉽게도 당시 빅 이어 망원경은 지구가 자전하면서 수상한 전파 신호가 날아왔던 지점이 시야에서 벗어나기 전 72초 동안만 신호를 수신했다.[1]

1977년 역사적인 ‘와우 시그널’이 포함된 당시 신호 기록지. 전파 신호의 표기는 마치 트럼프 카드처럼 세기가 낮을 때는 0부터 9까지 숫자로 표기하고 9를 넘어가면 알파벳으로 순서대로 표시한다. 기록지에 써 있는 ‘6EQUJ5’ 구간은 다른 때와 달리 유독 신호가 강했다는 것을 의미한다. 당시 제리 이먼이 ‘wow!’라고 표시한 부분은 기록지 왼쪽 아래에서 찾을 수 있다. 사진=Big Ear Radio Observatory and North American AstroPhysical Observatory(NAAPO)

1977년의 와우 시그널을 포착한 빅 이어 전파 천문대의 전경. 사진=NRAO/AUI/NSF

당시 많은 천문학자들이 와우 시그널의 정체를 확인하기 위해 후속 관측을 시도했지만 아쉽게도 아무도 똑같은 신호를 포착하지 못했다. 안테나의 오작동이었을 것이란 단순한 가설부터 거대한 수소 가스 구름으로 뒤덮인 혜성이라는 가설 등 아주 다양한 추측이 난무했다. 1977년 당시 관측에 따르면 와우 시그널은 아마 궁수자리 방향에 있는 거대한 구상성단 M55 근처에서 날아온 것으로 추측된다.[2]

구상성단 M55는 지구에서 약 1만 8000광년 떨어져 있다. 이곳에는 태양과 같은 별들이 무려 27만 개 가까이 모여 있다. 어쩌면 이 많은 별 중 한 곳에 정말 우리 지구처럼 누군가 살고 있었는지도 모른다. 그리고 우연히 이들이 아주 정확하게 지구를 향해 무언가 메시지를 보냈을지 모른다. 물론 이제 그 진상을 확인하기는 어렵다. 이후에 와우 시그널과 관련된 여러 이야기가 많은 SF 작가들에게 영감을 주엇다.

외계 지성체가 보낼지 모르는 인공 전파 신호를 포착하려는 세티(SETI, Search for Extraterrestrial Intelligence) 프로젝트가 1960년에 시작됐던 터라, 와우 시그널에 대한 전파 천문학자들의 미련은 더욱 컸다.

사진 가운데에 있는 기울어진 주전자 모양의 별자리가 우리 은하 중심부를 향하는 궁수자리다. 그 왼쪽에 구상성단 M55가 있다. 1977년 8월 15일 당시 와우 시그널이 날아왔던 것으로 추정되는 지점이 작은 하얀 타원으로 표시되어 있다. 일부 천문학자들은 당시 혜성 266P/크리스텐슨(Christensen)과 335P/깁스(Gibbs)가 시그널의 발원지 근처를 지나갔다는 것을 근거로 이 두 혜성이 와우 시그널의 정체일 것이라 주장했다. 이미지=Bob King

# ‘그들’은 생각보다 가까이 있다?

당시 와우 시그널은 한때의 소동으로 끝나버렸다. 하지만 여전히 많은 천문학자들이 우주 어딘가 존재할지도 모르는 다른 존재에 대한 기대를 버리지 않는다. 이제 천문학자들은 거의 모든 별이 주변에 행성들을 거느리고 있음을 안다. 게다가 태양계에서 그리 멀지 않은 곳에 지구와 비슷한 환경을 가진 쌍둥이 지구 행성들도 많이 발견되었다.

이번에 천문학자들은 태양계에서 약 12.5광년 거리에 떨어져 있는 세 번째로 가까운 이웃 별 주변에서 지구와 비슷한 환경으로 추정되는 행성을 두 개나 발견했다. 2003년 처음으로 이 별을 발견했던 NASA의 천문학자 보나드 티가든(Bonnard J. Teegrarden)의 이름을 따서 ‘티가든의 별(Teegarden’s star)’이라고도 부른다.[3]

바로 작년까지 활발하게 외계행성들을 관측했던 케플러 우주 망원경(Kepler Space Telescope)의 탐사 영역에는 티가든의 별이 포함되지 않았다. 천문학자들은 케플러 이후 외계행성 사냥을 이어가고 있는 동생 탐사선 테스(TESS)가 바로 이 별을 관측했다. ‘티가든의 별’은 크기가 아주 작고 왜소해서 우리 태양보다 절반 이하로 더 미지근하다. 그 표면온도는 약 2700도 수준이다.

이렇게 온도가 미지근한 별 곁에서 충분한 에너지를 공급받으면서 생태계를 가꾸기 위해서는 태양과 지구의 사이보다 조금 더 가까이 바짝 붙어서 별 곁을 돌아야 한다. 천문학자들은 ‘티가든의 별’ 주변을 행성들이 맴돌면서 주기적으로 별을 가리는 현상을 확인했다. 그리고 그 움직임을 이용해 각 행성이 별에서 떨어진 거리를 확인했다. 놀랍게도 이번에 발견된 두 행성은 모두 중심 별에서 적당한 빛을 받으면서 액체 상태의 바다를 가질 만하게 아주 적당한 거리를 두고 떨어져 있다. 게다가 두 행성 모두 지구와 크기도 비슷하다.

이번에 발견된 티가든의 별 주변을 맴도는 두 행성. 별 주변 녹색으로 표현된 영역이 행성이 적당한 온도를 가질 수 있는 거주 가능 구역 (Habitable zone)의 범위다. 티가든의 별에서 바라본 우리 태양계의 모습이 작은 네모 안에 함께 그려져 있다. 사진=Instituto de Astrofísica de Canarias

케플러와 테스는 별 곁을 맴도는 외계 행성들이 규칙적으로 별 앞을 가리고 지나가면서 밝기가 미세하게 어두워지는 엄폐 현상(Transit)을 이용해 외계 행성의 존재를 확인한다. 따라서 별 주변을 맴도는 행성들의 궤도면이 별 앞을 가리고 지나가는 방향으로 누워있어야 한다. 운 좋게도 이번에 발견된 ‘티가든의 별’ 주변 행성들의 궤도면도 별을 가리고 지나가는 각도로 누워있다. 만약 이 외계 행성에 인간 천문학자처럼 비슷한 방법으로 외계 행성을 사냥하는 외계인 천문학자들이 있다면 이들도 똑같은 방법으로 태양 주변 우리 지구를 발견할 수 있을 것이다. 영상=Instituto de Astrofísica de Canarias

2016년 8월 이미 태양계에서 가장 가까운 이웃 별 프록시마 센타우리(Proxima centauri) 곁에서도 지구와 비슷한 환경을 갖고 있는 외계행성이 발견된 적이 있다. 그리고 이번에도 태양계 주변 그리 멀지 않은 이웃 별 곁에서 또 다른 쌍둥이 지구 외계 행성들이 발견된 것이다.[4]

외계 행성이 이렇게 흔할 줄 몰랐던 탐사 초창기에 천문학자들은 아주 먼 우주까지 뒤지면서 외계 행성을 찾아다녔다. 하지만 등잔 밑이 어둡다는 말처럼 오히려 가까이에 지구를 쏙 빼닮은 쌍둥이 행성들이 우리를 기다리고 있던 셈이다. 물론 발견된 외계 행성의 환경과 기후가 지구와 비슷하다고 해서 반드시 그 외계 행성에 생명체가 살고 지적 문명이 있다고 확신할 수는 없다. 하지만 이렇게 (우주적 스케일로 보면) 바로 코앞에서 쌍둥이 지구가 흔하게 발견되기 시작했다는 것은 인류가 머지않아 다른 외계 문명과 유의미한 조우를 하게 될 수 있다는 희망을 보여준다.

그간 멀리 떨어진 다른 별 주변 외계 행성들을 신경 쓰느라 정작 우리 동네인 태양계를 제대로 둘러보지 못했을지 모른다.

붉은 사막 행성 화성은 오래전부터 외계 생명체의 흔적이 남아있으리란 기대를 받았다. 약한 중력과 자기장으로 현재는 살아 있는 생명체가 없더라도 적어도 오래전에는 지구처럼 표면에 물도 흐르고 간단한 생명체들이 살았을 것으로 추측한다. 천문학자들은 화성에 계속 로봇을 보내며 아직 남아있을지 모르는 생명체의 흔적을 찾고 있다.

특히 천문학자들은 지구 생명체들이 생명 활동을 통해 만들어내는 대표적인 성분인 메탄에 주목한다. 만약 화성에서 다량의 메탄이 발견된다면, 지구와 비슷한 메탄을 만들어내는 생명 활동이 벌어졌다는 간접 증거가 될 수 있다.

2019년 6월 18일 큐리오시티 탐사선의 왼쪽 카메라로 촬영한 장면. 울퉁불퉁한 화성 표면 위에 큐리오시티 탐사선의 일부가 함께 찍혔다. 사진=NASA/JPL-Caltech

큐리오시티는 로봇팔로 직접 화성의 토양 샘플을 채취해서 탐사선 안에 탑재된 레이저 분광 장비로 샘플의 화학 성분을 분석할 수 있다. 단순히 로봇이 아니라 일종의 움직이는 실험실이다. 바로 며칠 전 천문학자들은 큐리오시티의 화성 샘플 분석(SAM, Sample Analysis at Mars) 장비를 통해 화성 메탄의 함량을 새로 측정했다. 그 결과 이번에 측정된 메탄의 양은 1억분의 21 정도다. 화성의 대기 중 1억분의 21이 메탄으로 구성되어 있다는 의미다. 아주 미미한 양이라고 생각할 수 있지만, 앞서 다른 탐사에서 측정한 것에 비해 세 배 이상 높은 수치다.[5]

아쉽게도 큐리오시티에 탑재한 장비만으로는 이 메탄이 정말 생명 활동에서 방출된 것인지 아니면 자연적인 지질학적 활동으로 만들어진 것인지 구분하기는 어렵다. 또 화성 대기 가운데 메탄의 함량은 화성의 계절이 변하면서 함께 변하는 것으로 보인다. 화성이 따뜻해지는 여름이 시작되면 대기 중 메탄 함량이 증가하고, 추운 겨울이 되면 낮아진다. 이는 여전히 화성의 토양과 암석에 다량의 메탄이 남아 있으며 꾸준히 대기 중으로 방출되고 있음을 의미한다.[6]

화성의 게일 크레이터 (Gale Crater)에서 큐리오시티 탐사선이 측정한 화성의 대기 중 메탄 함량의 연중 변화 그래프. 계절이 변하면서 화성 대기 중 메탄 함량이 규칙적으로 바뀌고 있다. 이미지=NASA/JPL-Caltech

어쩌면 큐리오시티가 측정한 메탄가스가 정말로 화성의 암석 사이사이에 숨어있는 화성의 미생물들이 생명 활동을 하며 방출한 흔적일 수도 있다. 지금은 아니더라도 오래전에는 화성에도 고대의 생태계가 있었다는 증거가 될 수도 있다. 물론 아쉽게도 아직까지는 어디에서도 살아 움직이는 외계 생명체를 찾지 못했다.

# 하지만 아직 우주는 고요하다

정말 이 넓은 우주에 과연 우리뿐일까? 어딘가 우리처럼 한 행성을 터전으로 삼고 살아가는 생태계가 존재하고 있지 않을까?

하지만 우주를 제대로 보기 위해서는 냉정을 유지할 필요가 있다. 지구 바깥 우주 어딘가에 외계 생명체가 있는 것과 그 생명체가 우리 인간 수준으로 발전된 기술 문명을 갖고 있다는 것은 아주 다른 문제다.

실제로 천문학자들 사이에서도 고도로 발전된 외계 지적 문명이 존재하는지 또는 설령 그들이 존재한다 하더라도 우리가 그들과 어떤 방식으로든 유의미한 조우를 할 수 있을지를 두고는 의견이 엇갈린다. 하지만 어떤 형태로든 지구 밖 외계 생명체가 있을 것이라는 데에는 대부분 공감한다.

1960년대 세티 프로젝트는 외계 문명이 보내오는 인공 전파 신호를 포착하겠다는 거창한 목표로 시작했다. 하지만 아쉽게도 여전히 세티 안테나는 조용하다. 실제로 세티 프로젝트에 회의적인 천문학자들도 적지 않다. 한편으로는 세티 프로젝트의 정신을 이어받아 더 큰 규모로 더 많은 우주를 훑어보며 외계인의 신호를 포착하겠다는 도전이 계속되고 있다.

러시아의 재벌 유리 밀너(Yuri Milner)는 천문학자들에게 10년간 총 1억 달러의 어마어마한 예산을 지원하며 세티 프로젝트를 계승한 브레이크스루 리슨(Breakthrough Listen) 프로젝트를 시작했다. 2015년부터 시작된 이 프로젝트는 세계에서 가장 거대한 두 전파 망원경을 동원해 세티보다 훨씬 더 넓은 범위에서 수상한 전파 신호를 찾아내려 하고 있다.[7]

최근 브레이크스루 리슨의 첫 번째 관측 데이터가 일반에 모두 공개되었다. 지구에서 160광년 거리 범위 안에 들어오는 1327개 별의 전파 신호다. 천문학자들은 이 데이터를 면밀히 분석해 그다지 특별한 낌새를 보이지 않는 평범한 신호들을 먼저 걸러냈다. 이후 다른 일반적인 자연적인 현상으로 보이는 신호들도 걸러냈다. 과연 그 결과는 어땠을까? 1977년처럼 뭔가 흥미로운 이상한 신호를 발견했을까?

아쉽게도 브레이크스루 리슨의 이번 첫 분석에서는 흥미로운 신호는 발견되지 않았다. 매우 아쉽지만 여전히 우리 우주는 침묵을 지키고 있다.[8][9]

브레이크스루 리슨의 첫 번째 관측 데이터는 지름 100미터의 그린 뱅크 망원경 (Green Bank Telescope)과 지름 64 미터의 파크스 망원경을 사용했다. 사진=NRAO/AUI/NSF John Sarkissian

하지만 아직 실망하기는 이르다. 이제 겨우 첫 번째 관측 데이터를 분석했을 뿐이다. 현재 브레이크스루 리슨 프로젝트를 진행하는 천문학자들은 2014년 남아프리카공화국의 넓은 사막에 완공되어 2016년부터 첫 번째 관측을 시작한 미어캣(MeerKAT) 전파 망원경에 기대를 걸고 있다. 미어캣 전파 망원경은 지름 13.5미터짜리 거대한 전파 안테나들이 무려 64개가 모여 함께 움직이며 하늘을 관측하는 대규모 어래이(array)다. 미어캣 전파 망원경으로 무려 백만 개에 가까운 우리 은하 속 별들의 전파 신호를 관측한다.[10]

현재 남아프리카 사막에 설치되어 있는 미어캣 전파 망원경의 안테나. 이름 그대로 미어캣처럼 사막에 함께 서서 같은 하늘을 바라보고 있다. 2020년까지 150킬로미터에 걸쳐 133개의 ‘미어캣’을 더 건설할 예정이다. 사진=SOUTH AFRICAN RADIO ASTRONOMY OBSERVATORY

미어캣 전파 망원경으로 관측한 우리 은하 중심부의 전파 이미지. 다양한 초신성 폭발 잔해와 별 탄생 지역 그리고 가스 필라멘트들이 뒤엉켜 전파 영역에서 밝고 강한 신호를 내고 있다. 어쩌면 이 강렬한 전파 신호 가운데 외계 문명의 인공 신호가 섞여 있을지도 모른다. 사진=SARAO

지금까지 이어지는 우주의 침묵이 의미하는 것은 무엇일까? 아직 외계 문명과 조우하지 못한 것은 우리가 우주의 극히 일부만 탐사했기 때문일까? 앞으로 더 오래 기다리면 언젠가 그들을 만날 수 있을까? 우리가 그들을 먼저 발견하게 될까? 아니면 그들에게 우리가 발견될까? 아니 어쩌면 애초에 그들이 존재하지 않는 것은 아닐까?

여전히 우리는 이 오랜 질문의 답을 정확히 알지 못한다. 긴 기다림의 결말이 어떻게 끝날지 우리는 모른다. 하지만 결론을 내리기에는 아직 너무 이르다는 것만큼은 분명하다. 언젠가 우주가 이 긴 적막을 깨고 전파 안테나에 알람이 울리기를 기다릴 뿐이다.

“나는 이따금 우주 어디에나 외계 지성체가 있을 것이라고 생각한다. 그렇게 확신하는 이유는 아직 그들이 우리와 접촉을 시도하지 않고 있기 때문이다.”(만화가 빌 워터슨) 사진=Antenna: Zack Frank; Background: NASA

* 추천 도서: ‘침묵하는 우주’ 폴 데이비스 지음, 문홍규 이명현 옮김, 사이언스북스, 2019

[1] https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2018/08/aa33051-18/aa33051-18.html

[2] https://www.jstor.org/stable/jwashacadscie.101.4.25

[3] https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2019/03/aa34788-18/aa34788-18.html

[4] https://www.nature.com/articles/nature19106

[5] https://www.nasa.gov/feature/jpl/curiosity-detects-unusually-high-methane-levels

[6] https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7154

[7] http://seti.berkeley.edu/listen2019/

[8] https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/aa6d12

[9] https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019arXiv190607750P/abstract

[10] https://www.sciencemag.org/news/2018/06/new-radio-telescope-south-africa-will-study-galaxy-formation

필자 지웅배는? 고양이와 우주를 사랑한다. 어린 시절 ‘은하철도 999’를 보고 우주의 아름다움을 알리겠다는 꿈을 갖게 되었다. 현재 연세대학교 은하진화연구센터 및 근우주론연구실에서 은하들의 상호작용을 통한 진화를 연구하며, 강연과 집필 등 다양한 과학 커뮤니케이션 활동을 하고 있다. ‘썸 타는 천문대’, ‘하루 종일 우주 생각’, ‘별, 빛의 과학’ 등의 책을 썼다.

지웅배 과학칼럼니스트 writer@bizhankook.com