외계 행성 탐사, 지구같은 별은 있을까

우주를 바라볼 때면 누구나 한 번쯤은 이런 생각을 해본 적이 있을 거예요. 과연 저 너머에 지구처럼 생명체가 살고 있을 만한 행성, ‘지구 같은 별’이 존재할까?

우리 은하에만도 수십억 개의 별이 있고, 그중에는 꼭 지구처럼 물이 흐르고 생명이 싹틀 수 있는 행성이 있을지 모릅니다.

오늘은 외계 행성, 즉 외계의 세계 탐사를 주제로, 인류가 어떻게 그런 별과 행성을 찾으려 노력하고 있는지, 그리고 과연 진짜 지구 같은 별이 있을지 구체적으로 알아보려고 해요.

우주에 대한 궁금증이 가득한 분들이라면 흥미롭게 따라오실 수 있을 거예요.

외계 행성 탐사의 시작

지구 밖의 별이 있다는 사실은 아주 오래전부터 인류에게 상상만 하게 하는 주제였습니다.

하지만 실질적으로 다른 별, 특히 ‘외계 행성’, 즉 태양계 밖 별 주위를 도는 행성을 관측한 것은 불과 30여 년 전부터예요.

외계 행성이란 무엇일까

먼저 외계 행성이 무엇인지부터 알아봐야겠죠.

우리가 흔히 이야기하는 외계 행성, 또는 익스오플래닛이라 부르는 이들은, 우리 태양계가 아닌, 태양 이외의 별을 중심으로 도는 행성을 뜻합니다.

예를 들어, 태양계 안의 목성이나 토성은 외계 행성이 아니고 프로키시마 켄타우리라는 별을 도는 프로키시마 켄타우리 b 같은 경우가 바로 외계 행성이죠.

외계 행성 발견의 역사

1992년, 최초로 외계 행성이 공식적으로 발견되었습니다. 당시에는 펄사라는 특이한 천체 주위를 돌고 있는 미세한 행성들을 찾아낸 것이 시초였죠.

1995년에는 태양과 닮은 별 ‘51 페가수스’ 주위를 도는 거대한 가스 행성이 발견되었고, 이후 외계 행성 탐사는 급속도로 가속화됐습니다.

지금은 5천 개가 넘는 외계 행성이 공식적으로 확인되었습니다. 우리가 비교적 짧은 시간 안에 이렇게 많은 외계의 세계를 찾아낸 데는 현대 천문학의 눈부신 발전이 큰 역할을 했습니다.

외계 행성은 어떻게 찾을까

외계 행성은 태양계를 벗어난 까마득한 거리의 별 근처에 위치해 있어서, 그 존재를 직접 눈으로 보기란 거의 불가능합니다.

우리가 직접 망원경으로 보는 것은 대부분 별 자체이지, 그 주위를 도는 행성은 밝은 별빛에 가려 잘 보이지 않습니다.

그래서 천문학자들은 다양한 기술과 방법을 동원해 간접적으로 외계 행성을 찾아냅니다.

도플러 효과(속도 변화 측정법)

외계 행성을 찾는 데 가장 오래된 방법은 바로 도플러 효과를 이용하는 방법입니다. 행성은 별 주위를 돌며 별의 위치에 미세한 영향을 줍니다.

그래서 별이 우리 쪽으로 오가며 스펙트럼에 미세한 변화(적색 편이, 청색 편이)가 생기죠.

이렇게 별빛의 변화를 정밀하게 측정하면, 그 별 주위를 도는 외계 행성의 존재와 질량까지 예측할 수 있습니다.

트랜싯(행성 식) 관측법

최근 가장 많이 활용되는 방법이 바로 트랜싯, 즉 ‘행성 식’ 방법입니다. 행성이 별과 우리 사이를 통과할 때 잠깐 별빛이 어두워지는 현상을 포착하는 것이죠.

이미 국적으로 측정할 수 있어서, 거대한 우주 망원경은 한 번에 수천, 수만의 별을 동시에 감시하며 외계 행성의 서명을 찾아내기도 합니다.

대표적으로 NASA의 케플러 망원경, 이어서 TESS 망원경이 이 방식을 사용해 수많은 외계 행성을 발견해왔어요.

직접 촬영 기법

가장 인상 깊은 방법은 직접 촬영입니다.

고도의 기술 발전으로, 밝은 별빛을 차단하는 특수 장치(코로나그래프, 스타셰이드 등)를 이용해 진짜 행성 이미지를 얻는 데 성공한 사례도 있습니다.

하지만 아직은 밝고 가까운, 아주 큰 행성(가스 행성)에만 한정적인 방법이에요.

기타 방법들

중력 렌즈 효과, 별의 밝기 변동, 스펙트럼 분석 등 여러 방법도 동원됩니다. 각기 장단점이 있으니, 여러 기법이 동시에 활용되는 중입니다.

지구 같은 외계 행성, 얼마나 있을까

지금까지 발견된 외계 행성은 5천 개가 넘지만, 그중에서 ‘지구와 정말 닮았다’고 할 만한 행성은 몇이나 될까요?

천문학자들이 집중적으로 찾고 싶어 하는 기준은 바로 ‘생명체가 살 수 있을 가능성’입니다.

생명체가 살기 위한 조건

생명이 살기 위한 가장 첫 번째 조건은 액체 상태의 물이 존재한다는 겁니다. 이를 위해 필요한 환경이 바로 항성(별)과의 거리입니다.

적당한 열과 빛을 받고, 그렇다고 너무 뜨겁거나 차가워서 물이 모두 기체나 얼음이 되어버리지 않고, 액체 상태로 남아 있을 만한 거리에 위치해야 하죠.

이 구간이 바로 ‘생명체 거주 가능 영역’, 흔히 ‘골디락스 존’이라고 불립니다.

여기에 더해 적당한 대기, 안정적인 궤도, 행성 자전의 안정성, 자기장 등도 중요한 요소입니다.

물론 지금 기준에서는 ‘지구형 생명체’를 전제로 하기 때문에, 실제로는 우리가 상상하지 못한 다양한 생명 존재 조건이 있을 수 있지만, 현재까지는 물을 중심으로 찾고 있습니다.

지구와 정말 닮은 외계 행성은

케플러-186f, 트라피스트-1e, 프로키시마 켄타우리 b 등이 대표적인 지구형 후보로 꼽힙니다.

이 행성들은 모두 자기 별의 생명체 거주 가능 영역에 위치해 있고, 질량이나 크기가 지구에 매우 가까운 것으로 측정되고 있어요.

특히 트라피스트-1이라는 별 주위에서는 무려 7개의 지구형 행성이 한꺼번에 발견돼 큰 관심을 받았죠.

우리 은하에는 몇 개의 지구가 있을까

하나의 질문이 남죠. 만약 외계 행성을 이렇게 많이 찾았다면, 우리 은하, 혹은 우주 전체에는 지구 같은 행성이 과연 몇 개나 있을까요?

수치로 보는 우주

우리 은하에는 약 1천억 개의 별이 있고, 최신 연구에 따르면 거의 모든 별은 적어도 한 개 이상의 행성을 가지고 있다고 합니다.

케플러 망원경이 한 10년여 동안 쌓은 데이터를 분석하면, 지구 크기의 행성이 생명체 거주 가능 영역에 존재할 확률은 최소 20%에 이르는 것으로 추정돼요.

이를 단순 환산하면, 우리 은하에만 해도 적어도 수십억 개~수천억 개의 지구형 행성이 존재할 것이라는 의미가 됩니다.

물론 생명체가 실제로 존재하는 환경인가, 혹은 생명체가 정말 살고 있는가는 별개의 문제입니다.

드레이크 방정식

1961년 천문학자 프랭크 드레이크가 자연스럽게 등장합니다.

초기에 그는 “은하 내에 지적 생명체가 존재할 확률”을 계산하기 위해 다양한 요소(별의 수, 행성의 수, 생명체 발생 가능성, 문명 지속 가능성 등)를 곱하는 형태의 방정식을 제안했어요.

이 방정식을 대입하면, 우리 은하 한가운데 무수히 많은 문명, 또는 생명 존재 가능성이 있다는 결론도 나올 수 있습니다.

외계 생명체 탐사, 어디까지 왔을까

그렇다면, 행성을 찾는 것에서 끝나지 않고 진짜 생명의 징후, 즉 ‘생명 신호’까지 포착할 수 있을까요?

스펙트럼 분석으로 생명의 단서 찾기

행성의 대기를 관측해, 거기에 산소, 오존, 메탄, 이산화탄소와 같은 분자가 존재하는지 찾아봅니다.

지구의 대기가 이렇게 독특한 조성을 가진 것은 생명 활동 때문이죠. 비슷한 대기 화학을 가진 행성을 찾으면, 거기에 생물이 있지 않을까 하는 기대를 할 수 있습니다.

전파 신호와 우주에서 오는 메시지

1960년대 이후로, SETI(지적 생명체 탐사)의 일환으로 우주에서 오는 인공적인 전파 신호를 찾는 노력도 이어지고 있습니다.

아직까지 확실한 인공 신호는 발견되지 않았지만, 사람들은 여전히 희망을 가지고 지켜보고 있어요.

앞으로의 외계 행성 연구 전망

이 분야는 지금도 정말 빠른 속도로 발전하고 있습니다. NASA를 비롯한 각국의 우주 기관들은 외계 행성 전용 우주 망원경을 계속 쏘아올리고 있어요.

앞으로 나올 제임스 웹 우주망원경, 유럽의 플래토, 아리에스 등이 보다 작은 행성, 얇은 대기까지 촬영할 수 있게 된다면, 진짜 지구와 더 닮은 외계 행성을 찾고 대기를 분석해 생명체 존재 여부까지 확인할 수 있을 겁니다.

최근에는 인공지능, 빅데이터 분석 등 최신 기술까지 접목해, 항성 주위를 도는 미세한 신호까지 잡아낼 수 있게 됐고요.

아마 지금 어린 친구들이 성인이 될 무렵에는 진짜 외계의 바다, 산, 혹은 혹시 모를 외계의 생물 사진도 접할 수 있지 않을까 상상해봅니다.

마치며, 우주와 우리에게 주는 의미

지구인에게 지구는 하나뿐인 고향이죠. 하지만 외계 행성을 찾고, 그중에서 또 지구 같은 별을 찾아가는 과정은 단순한 호기심이나 기술의 진보만을 의미하지 않습니다.

그것은 우리가 어디서 왔고, 우리가 얼마나 특별한 존재인지를 되돌아보는 과정이기도 해요.

지금 이 순간에도 수십, 수백 대의 우주 망원경과 수많은 연구자들이 저 먼 곳의 작은 점을 바라보고 있습니다.

그곳에 또 다른 삶, 또 다른 지구, 또 다른 이야기가 펼쳐지고 있지는 않을까 설레는 마음이죠.

확실한 사실은, 우리가 우주를 바라볼수록 생각보다 더욱 신비로운 현실과 마주하고 있다는 점입니다.

언젠가 여러분도 밤하늘을 올려다볼 때, 저 별들 중 하나에는 우리와 비슷한 존재들이 나란히 하늘을 바라보고 있을지 모른다고 상상해 보시기를 바랍니다.

우주 탐사는 인류 스스로를 이해하는 가장 깊고 아름다운 여정이니까요.