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외계 생명체 연구

외계 생명체 연구
고대의 외계 생명체에 대한 사고
그리스의 철학자 에피쿠로스(Epikuros)는 "우주는 무한하며, 그래서 우리가 모르는 생명체가 사는 곳도 수없이 많을 것"이라고 주장했으며, 로마의 시인 루크레티우스(Titus Lucretius Carus)는 "우주 어딘가 우리 지구와 같은 것이 있어 사람이나 동물이 살고 있을 것이다."고 기록하였다. 또한 그리스의 루시안(Lucian)은 달에도 지구처럼 사람이 살고 있다고 믿었다.
수퍼지구 상상도
중세의 외계생명체에 대한 사고
이와 같은 생각은 16세기 들어 코페르니쿠스에 의해 지동설이 발표되면서 더욱 확산되었고 이탈리아의 철학자 브루노(Giordano Bruno)는 외계인 설을 제시하게 되지만 그로인해 그는 교회에 의해 처형된다. 그럼에도 불구하고 외계 생명체 존재에 대한 생각은 더 확산되었고 케플러나 칸트에 와서는 모든 행성에 생명체가 살 것이라는 주장까지 하게 된다.

17, 18세기에는 외계인에 대한 관심이 더 높아져 네덜란드 물리학자 호이겐스(Huygens)나 천문학자들이 외계인 구조 등에 대한 논문을 발표하는가 하면 시라노 드 베르주라크(Cyrano de Bergerac), J. 스위프트(J. Swift)와 같은 화가들에 의해 풍자적인 외계인이 그려지기도 하였다
망원경의 발달과 외계 생명체 (19세기에서 20세기 초반까지)
로웰이 그린 화성 운하
망원경의 발견은 외계 생명체 연구를 보다 구체화 시켰다. 망원경이 발달할수록 행성의 모습을 보다 자세히 볼 수 있게 되었고, 1877년 이탈리아의 천문학자 조반니 스키아파렐리(Giovanni Virginio Schiaparelli)는 망원경을 통해 화성에 인공적으로 만든 운하가 있다는 주장을 하게 된다. 그리고 미국의 로웰(Percivel Lowell)은 고향에 천문대를 설치하고 망원경으로 화성을 관찰해 화성 운하의 분포도를 발표하였다. 로웰의 화성 운하 발표는 당시 사회에 커다란 영향을 주었다.

소설가 웰즈(H. G. Wells)는 마치 문어를 연상시키는 화성인을 등장시켜 우리 지구를 공격하는 '우주전쟁(The World War)'이라는 소설을 발표하였으며, 그 결과 전 세계에 화성인 열풍을 가져다주었다.
20세기 중반
2차 세계대전이 끝날 무렵 미국 로스웰에서 UFO와 외계인 발견되었다는 몇몇 사람들의 이야기가 확산되었고, 이로 인해 외계인에 대한 관심은 더욱 높아졌다. 이에 미국의 몇몇 TV 방송에서는 지상에 방영하는 프로그램용 전파를 외계를 향해 발사하는 시도를 하게 된다. 이와 비슷한 시기에 세계적인 물리학자 엔리코 페르미(Enrico Fermi)도 우주 어딘가 지적 생명체가 있으며 그들은 뛰어난 기술을 이용해 이미 우리 지구에 와 있을 수도 있다는 가능성을 제시한다.

화성의 생명체 존재 역시 20세기 중반 들어 더욱 관심이 높아졌다. 전보다 큰 망원경을 이용해 화성의 표면을 오랫동안 관찰한 결과 계절에 따라 화성 표면의 색이 조금 달라진다는 결과가 나타났고 일부 과학자들은 그 원인을 생명체와 연관된다고 주장했기 때문이다. 마치 지상에 나무 잎들이 계절에 따라 색을 달리하듯 화성 역시 비슷해 계절에 따라 화성 표면의 색이 달라진다는 해석이었다.
계절에 따른 화성변화
과학적인 외계문명 탐사 작업은 1960년 미국 국립전파천문대의 드레이크(Frank D. Drake)에 의해 처음 시도 되었다. '오즈마' 프로젝트로 불렸던 이 계획은 미국 웨스트버지니아 주의 그린 뱅크에 있는 미국 국립전파천문대의 전파망원경으로 우주에서 보내오는 인공 전파를 수신하는 작업이었다. 대상 천체는 지구로부터 약 10광년정도 떨어져 있으며, 태양의 나이와 질량이 비슷한 별이다. 이 천체는 고래자리와 에리다누스자리에 위치해 있다. 이 작업은 1960년 4월1부터 7월까지 시도되었으나 아무런 성과가 없었다. 뿐만 아니라 1976년 화성에 도착한 바이킹 우주탐사선이 보내온 사진은 화성의 표면이 황량한 사막이란 것을 보여주었다. 그리고 화성 생명체의 존재 가능성을 어디에서도 찾아볼 수 없었다. 그 결과 외계생명체에 대한 관심은 급속도로 줄어들기 시작했다.
20세기 후반
하지만 과학자들의 외계인에 대한 관심은 꾸준히 증가하였고, 보다 과학적인 차원에서의 접근법이 시도되었다. 보이저 우주선 등 탐사선에 지구의 정보를 부착물로 실어 보냈으며, 아레시보에 있는 구경 300m 전파망원경을 이용해 외계로 전파를 방출하기도 했다. 이론적으로는 드레이크가 외계의 지적 생명체를 지닌 행성의 수를 추정할 수 있는 방정식을 제시하기도 했다. 하지만 그의 방정식의 변수들 중에는 값을 추정하기가 상당히 곤란한 것들이 있다는 문제도 있었다.
아레시보 전파망원경
외계 생명체의 가능성
만약 외계에 생명체가 있다면 그런 생명체가 있는 천체의 수는 얼마나 될까? 칼 세이건(Carl Edward Sagan)은 우리 은하 내에 약 100만개의 행성들에 지적인 생명체가 살고 있을 것이라고 주장한 반면 혜성 연구의 선구자인 오토는 100여개 정도라고 대답했다. 그러나 그들이 주장하는 외계 문명의 수는 어떤 과학적인 방법에 결정된 것이 아니라 상당히 직감에 의존하고 있다는 문제를 가지고 있었다. 이에 반해 체계적인 수식을 제시한 사람이 외계 생명체 연구의 개척자인 드레이크이다. 그는 다음과 같은 논리로 외계 문명 천체의 수를 수식화 했다.

(1) 우리 은하 내에 별이 약 1000억 개 정도 있다. 그러나 별은 온도가 높아 생명체가 살 수 없을 것이다. 오히려 지구처럼 별 주위에 있는 행성에서 생명체가 나타날 것이다. 그런데 모든 별이 행성을 갖고 있는 것은 아니다.

위의 논리로부터 우리 은하 내의 행성의 수를 추정해 보려면 별들 중 몇 %가 행성을 지닐 것인지, 지닌다면 평균적으로 몇 개씩의 행성을 지니는지를 알아야 한다. 즉, 별들 중 반은 행성을 갖고 나머지 반은 행성을 갖지 않는다면 우리 은하 내에는 1000억 개 ×50 % = 500억 개의 별들이 행성을 갖고 있다. 그러면 행성을 갖는 별은 평균 몇 개의 행성을 갖고 있을까 ? 잘 모르지만 우리 태양을 예로 들면 9개의 행성을 갖는다고 볼 수 있다. 그래서 우리 은하 내의 행성의 수는 500억 개 × 9개 = 4,500억 개가 된다.

(2) 모든 행성에서 생명체가 만들어지는 것은 아니다. 즉, 생명체가 만들어질 수 있는 여건이 되어야 되며, 그러한 여건을 갖추고 있다고 해서 꼭 생명체가 만들어진다는 보장도 없다.

위의 논리를 우리 태양계에 적용시켜 보자 태양계의 9개 행성 중 3개(금성, 지구, 화성) 정도는 생명체가 만들어질 수 있는 여건을 갖추고 있다고 볼 수 있다. 그러나 현재 생명체가 있다고 확신하는 것은 지구 하나 뿐이다. 이 논리를 은하계 전체에 도입하면 생명체가 태어날 수 있는 환경의 행성은 9개 중 3개 이므로 1/3의 확률이고, 그들 3개 중에서도 정말로 생명체가 만들어지는 것은 또한 1/3이다. 그래서 우리 은하 내의 생명체가 만들어질 가능성이 있는 행성의 수는 4,500억 개 × 1/3 = 1,500억 개이며, 다시 생명체가 만들어지는 행성의 수는 1,500억 개 × 1/3 = 500억 개가 된다.

(3) 어떤 행성에서 생명체가 만들어진다고 해서 모두 인간과 같은 지적인 생명체로 진화된다고 볼 수는 없다. 나아가 지적인 생명체로 진화했다고 할지라도 그들이 우리 지구와 교신할 수 있을 만큼 우수한 기술을 가질 때까지 발전할 수 있을지도 의문이다. 나아가 외계와의 통신 기술을 갖은 상태를 얼마나 지속한 후 멸망하는 지도 알아야 한다.

우리 태양계에서는 아직까지 지구가 유일하게 생명체를 보유한 행성이며, 지적인 생명체를 거쳐 외계와 통신이 가능한 상태까지 왔다. 따라서 태양계를 모델로 택하면 생명체가 만들어진 행성에서 외계와의 통신이 가능한 단계까지 갈 확률이 100 %이다. 즉, 외계와 통신이 가능한 행성의 수는 500억 개 × 100 % = 500억 개다. 하지만 사실은 이보다 더 적을 것이다.

(4) 우리 인간은 앞으로 얼마나 오래 동안 문명을 유지할 수 있을까 ?

만약 우리 인간이 앞으로 200년 정도 더 문명을 유지할 수 있고, 그리고 우리 은하의 나이를 약 100억년이라 가정하면 외계와 통신이 가능한 행성이 현재 발견될 확률은 200년/100억년이므로, 현재 외계와 통신이 가능한 행성의 수는 결국 500억 개 × (200년/100억년) = 1,000개가 된다.

앞에서 유도한 값은 아주 부정확 값이다. 도입된 많은 확률이 상당히 부정확하며, 현재로서는 정확한 추정이 불가능하다. 어떤 것은 지나치게 높게 추정되었을 것이고, 또 어떤 것은 지나치게 낮게 추정되었을 것이다. 예를 들면 비록 통신이 가능한 문명이 200년밖에 지속할 수 없다 할지라도 그런 문명은 대개 은하 생성 초기에는 없었고, 오히려 은하가 지금처럼 상당히 진화된 상태에서 나타날 것이다. 그런 면에서 보면 확률은 높아진다. 그러나 기타 변수들은 지나치게 높게 잡았을지도 모른다. 어째든 앞의 과정을 수식으로 표현하면 다음과 같으며, 이를 드레이크 방정식이라 한다.


N = R* × fp × ne × fl × fi × fc × L


N : 우리은하 내에 현재 외계와 통신이 가능한 행성의 수

R* : 우리은하 내에서 별들이 1년에 몇 개나 생성되는지를 나타내는 숫자이다. 일종의 별 생성속도인 셈이다. 구체적으로는 우리은하 내에 있는 별들의 수를 별의 평균수명으로 나눈 값이다. 우리 은하에는 1천억 개의 별이 있고 보통 별의 수명이 1백억 년이므로 R*값은 10으로 추정한다.

fp : 별 중에서 행성을 가지고 있는 확률이다(p : planet). 별의 형성이론에 따르면, 원시성운으로부터 태양 정도의 질량의 별이 탄생할 때 행성 계를 가지는 것은 보편적인 현상이다. 그러나 태양정도 별의 반은 쌍성을 형성하는데, 이때에는 행성 계를 만들기가 어렵다.

ne : 행성 계 내에 생명이 살 수 있는 행성의 수이다. 생명이 살 수 있는 행성이란 우선 표면이 단단한 지구형 행성이어야 하며, 별과의 거리가 적당히 떨어져 있어 생명체가 의지할 수 있는 적정한 에너지가 공급되어져야 한다고 가정한다.

fl : 행성 내에 생명이 탄생할 수 있는 확률이다(l : life). 생물학자들 중에는 앞에서와 같은 조건이면 생명이 탄생하는 것은 필연이라고 주장하는 사람이 있는 반면에, 생명은 그처럼 쉽게 생겨나지 않는다고 주장하는 사람들도 있다.

fi : 생명체가 지적 문명체로 진화할 확률이다. 미생물만 생기면 자연의 섭리에 따라 시간이 지나면서 지적인 생물이 태어난다고 할 때의 값은 1이다. 이것 역시 사람들마다 여러 가지 값을 가질 수 있다.

fc : 지적 문명체가 다른 별에 자신들의 존재를 알릴 통신기술을 가질 확률을 의미한다(c : communication). 우리 인간은 20세기 초까지 다른 별과 통신할 만큼의 문명을 발달시키지 못했다. 물론 여기에서도 태양계 내에서 통신하는 것과 외부 항성까지 통신하는 것과는 큰 차이가 있음을 고려해야 할 것이다.

L(length) : 기술문명이 존속하는 기간이다(단위 : 년). 진화된 문명이 영원히 존재할 수는 없는 일이다. 인류문명만 하더라도 기술 문명을 갖추기 시작한 것은 1백년밖에 되지 않는데 핵전쟁이라든가, 소행성 충돌 등의 요인으로 소멸할 가능성을 배제할 수 는 없다.
최종수정일

2017년 3월 27일