Life, Here and Beyond,우주생물학은 우주에서 생명의 기원, 진화, 분포를 연구하는 학문입니다

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대부분의 사람들에게 생명체가 다른 행성이나 달에도 존재하는지 물어보면, 대답은 자신감 있는 "그렇다!" 입니다. 수십 년을 거슬러 올라가 보면(그리고 여러 세대에 걸쳐), 우리는 외계인들의 좋고 나쁨이 가득한 동물원을 소개받았습니다. 이러한 동물들의 존재는 우리의 오락과 문화를 압도하며, 우리 인간들은 우주에 우리만 있는 것이 아니라는, 혹은 희망이라는, 거의 선천적인 믿음을 가지고 있는 것 같습니다.

하지만 정기적으로 전시되는 외계 생명체의 존재는 물론 허구입니다. 지구 밖의 생명체는 발견된 적이 없고, 외계 생명체가 지구를 방문했다는 증거도 없습니다. 모두 이야기입니다.

하지만 이것은 우주에 생명체가 없다는 것을 의미하지는 않습니다. 생명체의 뚜렷한 징후는 발견되지 않았지만, 외계 생물학의 가능성 – 이를 뒷받침하는 과학적 논리 – 은 점점 더 그럴듯해 졌습니다. 이것은 아마도 이곳에서 생명의 기원에 대한 광범위한 연구와 지구 너머의 생명체에 대한 탐구인 우주 생물학 분야의 가장 큰 업적일 것입니다.

지구상의 극한 생명체의 세계를 탐험하고 조명함으로써, 어떻게 이곳의 생명체가 시작되었는가를 실험함으로써, 우주의 화학적 구성에 대해 더 많이 이해함으로써, 화성, 목성의 달 유로파, 토성의 달 타이탄 그리고 그 너머에 대한 임무들에서 거주가능성을 시험함으로써, 생명체의 기원, 특징들 그리고 가능한 외계의 차원들을 분석하고 설명하기 위해 거대한 과학의 본체가 조립되고 있습니다. 그리고 대중문화의 ET나 우주선 침략자들과는 다르게, 이러한 발견들은 진짜이고, 앞으로도 진짜일 것입니다.

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타이탄의 흐릿한 대기 사이로 일몰을 관찰하는 NASA의 카시니 우주선을 예술가가 그린 작품. 크레딧: NASA/JPL-Caltech

 

 

 

 

 

공상과학을 과학적 사실로 바꾸기

생각해보세요. Curiosity와 Perseverance 탐사선 모두 고대 화성이 훨씬 더 습하고 따뜻했으며 미생물이 살기에 완전히 거주할 수 있는 장소였다는 것을 분명히 밝혀냈습니다. 우리가 알고 있는 것처럼 생명체에게 필요한 모든 구성 요소들 – 적절한 화학물질들, 지속적인 에너지 공급원, 그리고 표면에 수백만 년 동안 존재하고 안정적이었던 것 같은 물 – 이 존재했습니다.

그렇다면 미생물의 생명체가 시작되었을까요? 만약 그렇다면, 그것은 진화되었을까요? 그 질문들은 답이 없는 상태로 남아있지만, 이만큼은 알려져 있습니다: 만약 두 번째 생성이 화성(또는 목성의 위성 유로파, 토성의 위성 엔켈라두스, 또는 우리 태양계의 다른 곳에서 발생하였다면, 현재 먼 별들과 행성들의 궤도를 돌고 있는 것으로 알려진 수십억 개의 외계 행성들과 엑소문들에 많은 다른 형태의 생명체들이 존재할 가능성이 상당히 증가합니다. 지구에서의 생명체의 한 기원은 생명체에 대한 주목할 만하고 설명할 수 없는 경로의 결과일 수 있습니다. 한 태양계에서의 두 가지 기원은 생명체가 우주에서 흔하다는 것을 강하게 암시합니다.

또한 1990년대 중반부터 태양계의 행성과 달에 대해 일어난 이해의 혁명을 생각해보십시오. 고대부터 자연 철학자, 당시 과학자 및 말할 수 없었던 다른 사람들은 많은 다른 행성들이 자신의 별 주위를 돌고 있다고 예측했습니다. 지금까지 케플러 우주 망원경, 통과 외계 행성 우주 망원경(TESS), 허블 우주 망원경과 같은 NASA 임무를 통해 공식적으로 확인된 외계 행성은 5,000개 이상이며 수십억 개 이상이 발견을 기다리고 있습니다. 그리고 그것은 바로 우리 은하계에 있습니다.

태양계외 행성 사냥을 가능하게 하는 도구와 지식의 발전으로 인해, 물이 행성 표면에 적어도 주기적으로 액체 상태로 남아있을 수 있는 숙주 별과의 거리에서 생명이 살 수 있는 지역에 있는 행성을 발견하기 위해 점점 더 정교한 초점이 증가하고 있습니다. 태양계외 행성에 대한 연구는 천문학과 천체 물리학 분야에서 시작되었지만, 그것은 항상 우주 생물학과도 관련이 있습니다. 많은 NASA 임무들과 마찬가지로, 생명이 살 수 있는 지역의 행성들과 달들을 찾고 이해하려는 광범위하고 강렬한 추진력은 모두 우주 생물학을 크게 향상시키고 우주 생물학에 의해 알려집니다.

먼 행성을 발견한 우리의 경험은 또한 여러분을 궁금하게 합니다. 언젠가 외계 생명체의 현재 또는 과거 존재에 대한 탐색이 이전의 외계 행성 탐색과 평행한 것으로 여겨질 것인가? 과학의 남성과 여성, 그리고 일반 대중은 직관적으로 태양계 너머에 존재한다고 가정했지만, 이 행성들은 우리의 기술과 사고가 충분히 발전했을 때만 확인되었습니다. ET 생명체의 발견도 비슷하게 과학 시대의 도래를 기다리고 있습니까?

이것은 은하수의 별 주위를 도는 행성들을 예술적으로 표현한 것입니다. (행성들, 궤도들, 그리고 그들의 중심 항성들은 모두 실제 거리에 비해 엄청나게 확대되어 있습니다.) 수백만 개의 별들을 조사한 후, 우리는 행성들이 예외라기 보다는 규칙이라는 결론을 내렸습니다.

미래를 위한 길잡이로서의 과거

우주생물학 연구는 그 시대가 왔기 때문에 일어나고 있습니다. 미국 전역과 전세계의 과학자들은 생명의 기원과 지구를 넘어선 생명의 기원에 대해 깊이 연구하고 있으며 흥미롭고 최첨단의 연구를 개발하고 있습니다. 하지만 NASA는 또한 매우 구체적인 것에서부터 광범위하고 광범위한 것에 이르기까지 NASA가 지원할 수 있는 유망한 연구 라인을 어디서 볼 것인지를 설명하는 우주생물학 "전략"을 가지고 있습니다. 예시의 표본:

• 암석, 퇴적물, 유기 화합물, 물과 같은 무생물 물질들이 모여서 유전자, 세포벽, 번식 능력을 복제하는 생물체를 만들게 된 단계는 무엇이었을까요?

• 무엇이 지구상에 새로운 생명체의 증식을 가져왔습니까?

• 물과 필수적인 유기 화합물이 어떻게 행성과 달에 도착하고, 그들이 착륙하는 행성과 달과 어떻게 상호작용합니까?

• 행성 표면 아래를 포함하여 행성 표면의 화학물질과 광물로부터 미생물이 그곳에 살 수 있을지에 대해 배우는 것이 가능할까요?

• 생명체가 탄소가 아닌 다른 원소와 DNA가 아닌 다른 계에 근거하여 다른 곳에 존재하는 것이 가능할까요? 그런 생명체가 여기 지구에 존재할 수 있지만 아직 발견되지 않은 것이 가능할까요?

이것들과 많은 다른 연구 라인들은 지구상의 생명의 기원을 이해하는 방법뿐만 아니라 외계 생명체를 식별하고 찾는 방법을 조명합니다. 그 두 문제는 불가분의 관계에 있습니다.

아타카마 사막은 지구에서 가장 건조한 곳 중 하나이므로 화성을 비유하기에 좋습니다. 토양에서 생명의 흔적을 찾는 과학자는 깨끗한 옷, 장갑, 마스크, 고글 및 멸균 도구를 사용하여 표본에서 오염이 발생하지 않도록 해야 합니다.

우주생물학의 세계

미국과 NASA가 우주생물학 연구의 많은 분야를 개척했지만, 우리는 거의 혼자가 아닙니다. 이는 거대하고 보편적인 질문을 해결하기 위한 노력에 적절한 것이기 때문입니다. 중요한 국제적 파트너십 없이 시작하는 우주생물학 임무는 거의 없으며, 그 추세는 영원히 더 큰 상호 의존성입니다. Jzero Crater에 있는 Perseance 탐사선이 현재 캐싱하고 있는 암석과 곡물을 지구로 가져오는 대망의 임무는 NASA와 유럽 우주국(ESA) 모두에게 주요한 역할을 수행할 것입니다.

중국 우주국은 현재 화성에도 탐사선을 보유하고 있으며 지구로 귀환하기 위해 화성 샘플을 수집하는 톈원 3호의 임무를 계획하고 있습니다. 또 다른 유명한 예는 유럽 우주국(ESA)이 이끄는 엑소 화성 임무인데, 이 임무 중 첫 번째 단계는 2016년에 발사된 트레이스 가스 오비터입니다. 트레이스 가스 오비터의 주요한 노력 중 하나는 화성의 메탄을 찾는 것인데, 이는 NASA에게도 중요한 문제입니다. 우주 생물학 협력은 종종 지적이고 운영적입니다.

ExoMars의 다음 단계는 Rosalind Franklin 탐사선을 화성 표면에 전달하는 것으로, 처음에는 러시아 우주국(Roscosmos)과 NASA로부터 입력을 포함했습니다. ExoMars 탐사선 협력은 2022년 3월에 중단되었지만 대안을 찾기 위한 노력이 진행 중입니다.

우주 생물학은 때때로 세간의 이목을 끄는 임무들에 의해 가장 정의되는 것처럼 보일지도 모르지만, 종종 그러한 임무들은 수년간의 이전의 이론적이고 실험적인 작업을 나타냅니다. 그리고 임무들로부터 데이터가 얻어지면, 더 많은 실험실 분석과 테스트가 필요합니다. 그리고 나서 결과가 중요한 발견으로 발표되기 전에 데이터는 동료들에 의해 도전을 받고 비판을 받습니다. 예를 들어, 큐리오시티 과학 팀의 구성원들이 화성 드릴 샘플로부터 오랫동안 찾았던 유기 화합물의 존재를 알아채고 있다고 발표하기까지 거의 2년의 집중적인 실험실 작업과 데이터 분석이 필요했습니다.

 

화성 큐리오시티 탐사선의 1주년 기념 셀카. 이 사진은 실제로 2014년 4월에서 5월 사이에 찍은 수십 개의 개별 이미지로 구성되었습니다. 큐리오시티의 임무는 화성 표면에서 과거 또는 현재의 거주 가능한 조건의 증거를 찾는 것입니다. 크레딧: 나사

 

 

 

 

 

 

생명을 찾습니다

우주생물학의 핵심에는 또 다른 기본적이고 답이 없는 질문이 있습니다. 생명이란 실제로 무엇일까요? 사람들은 수 세기 동안의 연구 끝에 적어도 지구상의 생명체에 대해서는 이 문제가 해결될 것이라고 생각할지도 모릅니다. 사실, 발견된 모든 "생명체"들을 수용하고 한때 지구상에 존재했을지도 모르는 해답을 생각하는 것은 점점 더 복잡해지고 있습니다. 생명에 대한 자주 사용되는 한 가지 정의는 "다윈 진화가 가능한 자생적 체계"입니다. 하지만 문자 그대로 수백 개가 더 있습니다.

아이러니하게도, 일부 우주생물학자들은 우리가 지구에서 발견되는 기본 구조에 대한 대안을 찾기 전까지는 생명이 무엇인지 알 수 없을 것이라고 주장합니다 – 알려진 모든 생명체가 공유하는 DNA, 신진대사 그리고 탄소 기반 청사진. 다시 말해서, ET 생명체는 우리에게 생명이 실제로 무엇인지 말해줄 수 있습니다.

이러한 사고의 결과로 볼 수 있는 것은 탐사선이나 착륙선이 현재 혹은 과거의 생명체의 예나 특징을 우연히 발견하고 그것을 알지 못하는 항상 존재하는 관심입니다. 이러한 현실은 우주 생물학이 지구상의 초기 생명체의 기원과 논리를 이해하는 데 강조하는 것을 설명하는 데 도움이 됩니다. 생명의 기원 연구는 그것의 본질적인 중요성뿐만 아니라 외계 생명체에 대한 탐구를 안내합니다.

공간의 소리
새턴 전파 방출
NASA가 지구 너머의 생명체를 찾는 사업을 하고 있다는 것은 지금쯤 대중들에게 잘 알려진 반면, 지구 생명체의 기원을 이해하는데 진전을 이루려는 NASA의 임무는 덜 잘 이해되고 있습니다. 그러나 어떤 사람들은 의심할 여지 없이 왜 NASA가 생물학적인 질문들을 조사하는지에 대해 궁금해 합니다. 우주를 여행하고 달이나 화성과 같은 목적지를 탐험하기 위해 우주 캡슐에 로봇들과 우주 비행사들을 사용하는 것이 NASA의 주요 초점이 아닌가요?

목성 근처의 목성 얼음 달 탐험가(JUICE)와 그 위성 중 하나인 유로파에 대한 작가의 소감 크레딧: ESA/AOES

사실, 오늘날의 NASA는 훨씬 더 광범위한 포트폴리오를 가지고 있는데, 그것은 매우 초기 우주와 은하, 별, 태양계의 형성과 같은 고전적인 천문학적 주제에 대한 연구를 포함합니다. 이 모든 것들은 제임스 웹 우주 망원경에 의해 크게 확장된 정밀도로 탐구될 것입니다. JWST는 또한 우주 생물학자들에게 가장 중요한 관심사인 외계 행성과 그 대기에 대한 새롭게 가능한 탐사를 가능하게 하도록 채택되었습니다.

지구 너머의 생명체에 대한 탐구는 다른 나사의 목표들과 너무 밀접하게 관련되어 있으며(그리고 본질과 설계에 의해 매우 학제적이다), 그것은 결코 그것들로부터 분리되거나 격리될 수 없습니다. 토성으로의 카시니 임무는 달 엔켈라두스에서 뿜어져 나오는 기둥들을 발견했고, 허블 우주 망원경은 유로파에도 같은 일을 했습니다. 두 기둥들은 내부의 물의 세계에 대해 말해주고, 그래서 우주 생물학뿐만 아니라 행성 과학에도 중요합니다. 케플러 임무는 500광년 떨어진 백조자리의 작은 부분에서 수천 개의 외계 행성들을 발견했고, 먼 행성들의 재고와 본성에 대한 우리의 이해를 엄청나게 더했습니다. 그러한 발견들에는 중심 항성의 거주 가능 영역 내에서 암석 행성들의 발견도 포함되어 있습니다. TESS는 또한 5,000개 이상의 새로운 외계 행성 후보들과 함께, 외계 행성들의 수에 크게 추가되었습니다.

우주생물학의 핵심적인 목표는 지구 너머에 과거 또는 현재의 생명체가 존재한다면, 그것의 증거를 찾는 것입니다. 하지만 행성과 달들, 태양계, 은하계, 그리고 그들 사이의 공간 구성에 관한 무수한 미스터리들이 있으며, 필연적으로 마주치게 되고 그 과정에서 바라건대 풀리게 될 것입니다. 궁극적으로, 외계 생명체에 대한 탐구는 오직 우주의 구성, 역학, 역사 그리고 아직 알려지지 않은 많은 경이들에 대한 탐구의 일부로써만 가능합니다.

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA)의 네 개의 안테나가 별들과 은하수의 띠를 바라봅니다. 천문학자들은 은하와 행성의 기원뿐만 아니라 별의 형성을 연구하기 위해 그러한 망원경을 사용할 수 있습니다. 크레딧: ESO/José Francisco Salgado