NASA의 과학자, 우주의 심해에서 외계 생명체를 찾다

지구 너머에서 생명을 찾을 수 있는 최적의 장소는 어디일까? 최근 우주생물학자들이 생명체가 살기에 가장 적합한 거주지로 주목하는 곳은 목성과 토성을 맴도는 얼음 위성이다. 우주생물학자들은 얼음 위성의 얼어붙은 껍질 아래에 지구만큼 오래된 광활한 바다가 숨어 있음을 밝혀냈다. 얼음 세계의 깊숙한 지하 바다, 그곳에 과연 생명체가 존재할 수 있을까? 이 질문에 답하기 위해 NASA의 우주생물학자 케빈 피터 핸드는 영화감독 제임스 카메론과 함께 지구의 심해 깊숙한 곳으로 들어간다. 저자는 NASA의 우주생물학 연구를 선도하는 촉망받는 과학자로, 영화 〈아바타〉 〈프로메테우스〉의 과학 자문가로 참여하기도 했다. 저자가 심해에서 목격한 것은 극한의 환경에서 형성된 아름다운 생태계였다. 이토록 극한의 환경에서 생명이 발원되어 살아간다면 그 장소가 반드시 지구의 심해일 필요는 없을 것이다. 우주에 수없이 존재하는 얼음 위성의 지하 바다에도 생명이 들끓고 있을지 모른다. 《우주의 바다로 간다면》은 우주의 바다에 생명체가 서식할 가능성에 대한 그야말로 모든 것을 담고 있다. 유로파와 엔셀라두스 같은 얼음 위성 내부에 바다가 있다는 사실을 어떻게 알 수 있는지, 그 바다 깊숙한 곳에서 생명체가 생존할 수 있다고 보는 이유가 무엇인지, 지구의 심해를 탐사하는 것이 어떻게 외계 바다를 탐험하는 핵심이 될 수 있는지를 탁월한 비유와 흥미진진한 일화를 중심으로 상세하게 살펴본다.

들어가는 말. 저 깊은 바다 밑바닥

1부. 가까운 바다, 먼 바다
1장. 지구와 지구 밖 바다세계
2장. 뉴 골디락스

2부. 퍼즐 세 조각으로 바다 찾기
3장. 레인보우 커넥션
4장. 탐사선의 베이비시터
5장. 공항 보안검색대를 사랑하게 된 연유
6장. 베일을 쓴 여인
7장. 탄소의 여왕
8장. 사방에 존재하는 외계 바다

3부. 거주 가능한 곳에서 거주하는 곳으로
9장. 거주 가능한 곳이 되려면
10장. 외계 바다에서 생명이 기원한다면
11장. 바다세계의 생물권
12장. 문어와 망치
13장. 생명의 주기율표

4부. 다음 단계
14장. 생명의 흔적을 찾아서
15장. 해양 탐사의 새 시대

감사의 말
주
찾아보기

“그해는 2003년, 카메론은 유로파 바다에 생명체가 존재할 가능성을 지구의 심해와 연결지어 영화로 다루고 싶어 했다. 카메론 팀은 대서양과 태평양 해저를 탐사하며 생명체가 어떻게 어두운 심해에서 생존하는지 탐구할 예정이었다. 심해 환경이 유로파 바다의 조건과 유사할 가능성을 헤아려보려 했던 것이다. 내게 주어질 역할은 해양 탐사와 지구 밖 생명체 탐색의 연결고리를 제시하는 것이었다. 우리가 탐사할 심해 열수구는 깊은 대양의 생명체를 위해 마련된 화학적 오아시스로, 지구 너머에서 거주 가능한 환경을 찾는 탐색에 지침을 제공했다.” (들어가는 말, 11쪽)“지금 둥근 창 밖으로 보이는 광경은 어느 우주 생명체가 ‘우리집’이라고 착각할 만하다. 깊고 어둡고 한없이 적막해 보이는 해저가 사실은 생물학자에게 최고의 연구 장소일지 누가 알겠는가. 최근 태양계를 탐사한 결과로 미루어보면, 이 우주에 지구 같은 행성은 드물지만(운이 좋으면 태양계당 하나 정도) 얼음에 뒤덮여 하늘이나 대기와는 완전히 차단된 깊은 바다를 품은 천체는 어디에나 존재한다.” (들어가는 말, 19쪽)“생명 현상은 믿을 수 없이 드문 현상인가? 아니면 조건만 맞는다면 언제 어디에서나 생명이 발생할 수 있는가? 우리가 사는 이 세계는 과연 생물학적 우주인가? 우리는 아직 알지 못한다. 그러나 인류 역사상 처음으로 이 위대한 실험에 도전할 수 있게 되었다. 과연 생명이 태양계의 먼바다를 차지하고 있을지 탐구하고 확인할 장비와 기술을 비로소 갖추었기 때문이다.” (1장, 31쪽)“무지개를 원소와 연결하고 우주선의 베이비시터가 되고 공항 보안검색대에 집착하여 찾아낸 증거가 모두 모여 유로파 내부의 바다를 증명했다. 분광학은 얼음 표면을, 중력 데이터는 물로 된 두꺼운 바깥 껍질층을, 자기계 데이터는 대규모의 짠 바다로 가장 잘 설명되는 지표 근처의 전도층을 찾아냈다. 유로파에서 외계 바다를 발견하는 데 필요했던 세 조각짜리 쉬운 퍼즐이었다. … 한마디로 말해 지금 이 순간 유로파의 바다는 존재한다. 그리고 수십억 년 동안 거기 있었을 가능성이 크다.” (5장, 143쪽)“바다세계는 적어도 생명의 기원 가설을 시험할 수 있는 곳이다. 어느 쪽이든-저곳에서 생명을 찾아내든 아니든-우리는 생명이 어디에서 어떻게 기원하고 수십억 년 전 지구에서 무슨 일이 일어났는지를 배우게 될 것이다. 우리가 누구이고 어디에서 왔는지를.” (9장, 225쪽)“유로파, 엔셀라두스, 타이탄, 심지어 은하 어딘가에 있을 얼음 덮인 행성의 바다 안에 지적인 생명체가 있다고 상상해보자. 그 얼음은 너무 두꺼워서 빛이 바다에 조금도 닿을 수 없다. 호기심을 자극하는 별도, 신화에 영감을 줄 별도 없다. 다만 빙하가 리듬에 맞춰 금이 가고 삐걱거리며 나는 소리가 있다. 이 삐걱대고 갈라지는 화음이 신화의 밑바탕이 될지 누가 알겠는가. 그렇다면 그들의 신화는 별빛이 아니라 소리, 얼음껍질이 깨지는 소리에서 시작될 것이다.” (12장, 303쪽)“언젠가 우리가 생명의 주기율표를 작성하는 날이 오지 않을까? 우주에서 발견한 각양각색 생명체를 잇고 연결하는 틀 말이다. 물, 탄소, DNA, RNA, ATP, 단백질에 기초한 지구의 생명체는 생명의 지도를 그린 우주 퀼트의 한 조각에 불과하며, 그 퀼트를 통해 다양한 조건의 행성에서 발생한 생화학적 진화의 우연적이고 수렴적인 특성을 보게 될지도 모른다. 그렇게 생명의 기본 원리를 이해하고 ‘생명이란 무엇인가’라는 시대를 초월한 질문에 대답하기 시작할 것이다.” (13장, 307쪽)“지구의 바다와 지구 밖 바다의 탐사는 사실 밀접하게 연결된 과제이다. 인간은 화성에서 탐사 차량을 운전하기 훨씬 전에 화성을 닮은 장소에서 먼저 시험했다. 외계 바다에 대해서도 마찬가지다. 유로파, 엔셀라두스, 타이탄의 바다에 로봇 잠수정을 파견하기 전에 지구의 심해에서 먼저 기술을 개발하고 시험해야 한다. 로켓에 실을 만큼 작고 가벼운 것을 만들 경지에 이르려면 한참 멀었지만, 이런 기술의 발달은 지구 밖 바다의 탐험을 준비하는 동시에 지구에서의 탐험 능력을 발전시킨다는 훌륭한 이점이 있다.” (15장, 359~360쪽)“인류 역사상 처음으로 인간이 수천 년까지는 아니지만 수 세기 동안 고심해온 질문에 답할 도구와 기술을 갖추었다는 점에서 나는 설레는 마음으로 이 시대를 산다. 우리는 혼자인가? 앞으로 몇 세기 뒤, 우리 후손이 역사의 지금 이 순간을 갈릴레오와 코페르니쿠스 혁명에 버금가는 경외감을 지니고 돌아보길 바란다. 그들이 과거를 돌아보았을 때 인간이 우주선을 만들어 처음으로 우주에 생명이 있음을 밝힌 것이 바로 이 시기였다고 말하길 소망한다.” (15장, 377쪽)“현재 우리가 알고 있는 생명의 나무는 사실 더 거대한 생명의 나무에서 뻗어나온 일개 잔가지임이 드러날지도 모른다. 우주 전체에 존재하는 모든 생명의 아름다움을 연결하는 장엄한 생명의 나무 말이다. 밤하늘 지평선 위에서 밝은 한 점의 빛으로 존재하는 목성을 보면서, 이 아름다운 행성과 그 아름다운 위성으로의 귀환이 다시 한번 우주에서 인간의 자리를 옮기는 혁명을 일으킬 것인지 몹시도 궁금하다. 유로파, 그리고 우리 태양계의 많은 외계 바다가 기다리고 있다.” (15장, 378쪽)

“우리 위의 별을 가만히 응시하고우리 아래의 심연을 묵묵히 들여다보는모든 이들이 반드시 읽어야 하는 책”_제임스 카메론(영화감독)★★★★★ 영화감독 제임스 카메론 추천!★★★★★ 심채경, 이명현 강력 추천!★★★★★ 미국 내셔널 퍼블릭 라디오 ‘2020년 최고의 책’★★★★★ 영화 〈아바타〉〈프로메테우스〉 과학 자문지구 너머에서 생명을 찾을 수 있는 최적의 장소는 어디일까? 오늘날 과학자들은 어떤 곳에서 외계 생명체를 찾아 헤매고 있을까? 우리는 주로 지구와 가까운 화성에서 생명의 흔적을 발견하는 장면을 상상하곤 한다. 하지만 최근의 우주생물학 연구는 생명체가 살기에 가장 적합한 거주지로 더 먼 곳, 목성과 토성을 맴도는 얼음 위성을 주목한다. 우주생물학자들은 얼음 위성의 얼어붙은 껍질 아래에 지구만큼 오래된 광활한 바다가 숨어 있음을 밝혀냈다. 얼음 세계의 깊숙한 지하 바다, 그곳에 과연 생명체가 존재할 수 있을까? 이 질문에 답하기 위해 NASA의 우주생물학자 케빈 피터 핸드는 영화감독 제임스 카메론과 함께 지구의 심해 깊숙한 곳으로 들어간다. 대서양 수심 3km까지 내려간 저자는 극한의 환경에서 형성된 아름다운 생태계를 발견한다. 뜨거운 물이 솟구치는 열수구 근처에서 온갖 종류의 새우와 미생물, 홍합과 물고기가 서식하고 있었다. 이토록 극한의 환경에서 생명이 발원되어 살아간다면 그 장소가 반드시 지구의 심해일 필요는 없을 것이다. 우주에 수없이 존재하는 얼음 위성의 지하 바다에도 열수구를 중심으로 놀라운 생태계가 형성되어 있을지 모른다. “우주의 또 다른 생명을 이해하기 위해나는 지구의 깊은 바다로 들어갔다.”지구의 심해와 얼음 위성을 오가며우주의 바다에서 길어올린 새로운 생명의 가능성《우주의 바다로 간다면》은 우주의 바다에 생명체가 서식할 가능성에 대한 그야말로 모든 것을 담고 있다. 유로파와 엔셀라두스 같은 얼음 위성 내부에 바다가 있다는 사실을 어떻게 알 수 있는지, 그 바다 깊숙한 곳에서 생명체가 생존할 수 있다고 보는 이유가 무엇인지, 지구의 심해를 탐사하는 것이 어떻게 외계 바다를 탐험하는 핵심이 될 수 있는지를 탁월한 비유와 흥미진진한 일화를 중심으로 상세하게 살펴본다. 특히 무지개, 베이비시터, 공항 보안검색대의 비유를 활용하면서 마치 추리소설 속 탐정처럼 외계 바다의 존재를 증명하는 대목은 책의 진면목을 보여준다. 유로파의 표면이 얼음으로 뒤덮여 있음을 밝혀낸 분광학 기술의 원리를 무지개에 빗대어 알려주고, 유로파에 두께가 100km가 넘는 물로 된 층(액체 혹은 고체)이 존재함을 찾아낸 중력 측정의 원리를 베이비시터 비유로 알기 쉽게 설명한다. 이토록 대규모로 존재하는 물의 일부가 얼음껍질 아래의 염분 바다임을 알아낸 자기계의 원리 또한 공항 보안검색대에 빗대어 설명해낸다. 저자가 예시로 든 것은 유로파였지만 목성의 또 다른 위성 가니메데와 칼리스토, 토성의 위성 엔셀라두스와 타이탄에 대해서도 유사한 논의를 적용할 수 있다. “태양계 저 멀리 있는 바다가 생명을 품을 오아시스가 될 수 있을까?이 책과 함께 생명을 찾으러 우주의 바다로 떠나보자.”_심채경(행성과학자, 《천문학자는 별을 보지 않는다》 저자)“이 책은 위성의 외계 바다로 우리를 데리고 가는 우주 탐사선이다.가자, 외계 바다로!”_이명현(천문학자, 과학책방 ‘갈다’ 대표)저자에 따르면 외계 바다에 열수구가 있을 가능성도 충분하다. 열수구는 바다 밑바닥에서 뜨거운 바닷물(열수)이 강력하게 솟아오르는 지역이며, 지구 심해에서 온갖 생명체에 영양분을 공급하는 “화학적 오아시스”로 기능하고 있다. 이러한 열수구가 얼음 위성의 지하 바다에도 존재한다면 어떨까? 실제로 엔셀라두스에서 분출되는 물기둥을 조사해보니 바다 내부에서 열수 활동이 일어나고 있을 가능성이 높다는 결과가 나왔다. 이 지점에서 외계 바다는 지구 심해 탐사, 더 나아가 생명의 기원과 연결된다. ‘로스트 시티’라고 불리는 대서양 심해 지역에서 과학자들은 마치 핫팩이 발열 반응으로 열을 발생시키는 것처럼 암석이 바닷물과 섞이면서 열을 발생시키는 새로운 종류의 ‘사문석화’ 열수구를 발견했다. 사문석화 열수구는 기존의 열수구처럼 대규모 판 구조가 필요하지 않기 때문에 어느 천체에나 존재할 수 있다. 해저에 균열이 생겨 물이 바위로 스며들기만 하면 되므로 아주 흔하게 생성될 수 있다는 것이다. 만일 엔셀라두스에서 열수 활동을 일으키는 원인이 사문석화 열수구라면 다른 얼음 위성에서도 열수구가 얼마든지 생겨날 수 있을 것이다. “이 책을 통해 우리는 얼음 위성 탐사의 주인공을 만나고새로운 깨달음과 함께 전율하게 될 것이다.”_루이스 다트넬(우주생물학자, 《오리진》 저자)“지구의 해양을 탐사하는 것이외계 바다를 탐험하는 핵심이라는 것을 보여준다.”_〈내셔널 지오그래픽〉외계 바다 탐사가 중요한 이유는 그곳에서 생명의 기원에 대한 비밀을 풀 가능성이 있기 때문이다. 수십억 년 전 지구에서 무슨 일이 일어나 생명이 발원하게 되었는지 우리는 알지 못한다. 과학자들은 생명의 기원 가설로 총 두 가지, 즉 조석 현상으로 바닷물이 육지로 들어왔다가 나가면서 세포가 생겨났다는 ‘조수 웅덩이 가설’과 심해 열수구의 화학 반응으로 세포가 만들어졌다는 ‘열수구 가설’을 제안했다. 바다세계는 생명의 기원 가설, 특히 열수구 가설을 시험할 수 있는 최적의 장소다. 만일 얼음 위성 내부 깊은 바다에 생명이 들끓고 있다면 열수구가 생명의 기원이라는 점이 입증될 것이다. 그렇다면 생명의 기원은 “명백한 지구화학적 필연성”일지도 모른다. 그렇게 우리는 생명이 어디에서 어떻게 기원하고 수십억 년 전 지구에서 무슨 일이 일어났는지를 배우게 될 것이다. 우리가 누구이고 어디에서 왔는지를 말이다.