[과학과 놀자] 생명체에 필요한 '6대 원소' 모두 발견돼

(182) 물을 품고 있는 토성의 위성

태양계에서 두 번째로 큰 행성인 토성은 태양계에서 가장 많은 145개 위성을 품고 있다. 과학자들이 토성 위성에 주목해온 이유는 단지 수가 많기 때문이 아니다. 인류가 오랫동안 질문해온 '태양계에 생명체가 존재할까?'라는 물음에 답을 찾아줄 것으로 기대하고 있기 때문이다. 그 근거로는 '바다'가 있다. 바다의 존재가 곧 생명체의 존재를 의미하진 않지만, 과거 지구에서는 바다로부터 생명체가 탄생했기에 생명체 존재의 가능성이 훨씬 높아진다.

토성의 위성인 엔켈라두스에서 뿜어져 나오는 물기둥. /출처: NASA/JPL

토성 위성에 존재하는 바다는 지구와 달리 지하 깊숙한 곳에 존재한다. 지난 2월 8일, 프랑스 및 영국 등 국제공동연구팀이 토성 위성 ‘미마스(Mimas)’에 지하 바다가 존재할 가능성이 높다는 연구 결과를 국제학술지 <네이처>에 발표했다. 이번 연구는 미항공우주국(NASA)가 1997년 발사해 2017년 임무를 끝낸 토성 탐사선 카시니호에서 보낸 관측 자료를 바탕으로 이뤄졌다.

미마스는 토성으로부터 18만6000km 떨어진 10번째 위성이며, 지구의 달처럼 앞면이 행성을 향해 고정된 채로 0.9일 주기로 공전한다. 연구팀은 2014년 미마스가 자전과 공전을 하는 도중에 흔들리는 현상을 발견했는데, 이런 현상은 미마스 내부에 단단한 암석 핵이 있거나 액체 지하 바다가 있다는 증거다. 이후 추가로 카시니호가 보낸 관측 자료를 분석한 결과, 카시니 탐사선이 토성을 탐사한 13년 동안 미마스 궤도가 약 10km 이동한 것이 확인됐다. 연구팀은 이 결과를 토대로 시뮬레이션을 한 뒤 미마스에는 암석 핵이 아닌 지하 바다가 존재한다고 추론했다.

연구팀은 추가 분석을 통해 미마스 지하 바다의 탄생 시기는 지질학적 관점에서 비교적 최근인 약 2500만~200만 년 전에 형성됐으며, 바닷물의 양은 미마스 전체 부피의 50%를 넘는다는 사실도 알아냈다. 연구를 이끈 발레리 레네 파리 천문대 박사는 “이번 연구 결과는 태양계에서 중간 크기의 얼음 위성에는 물이 존재할 가능성이 크며 생명의 흔적을 발견할 수도 있다는 사실을 암시한다”고 말했다.

토성에서 14번째 떨어진 위성인 엔켈라두스 역시 지하 바다를 품고 있다. 미마스와 엔켈라두스 바다의 다른 점이라면 엔켈라두스의 바다에는 마찰열로 생긴 뜨거운 물이 샘솟는 ‘열수 분출구’가 존재한다. 과학자들은 토성의 중력이 만든 강한 마찰열로 인해 열수 분출구가 만들어졌을 것으로 추측하고 있다.

2005년 카시니호는 열수 분출구를 통해 나온 물이 엔켈라두스 표면까지 뚫고 나와 형성된 거대한 기둥을 발견했다. 이 기둥의 성분 분석 결과 메탄, 이산화탄소, 암모니아와 같은 유기화합물이 관찰됐다. 당시 카시니호가 추정한 물기둥의 길이는 수백 km였는데, 사상 최강의 관측력을 보유한 제임스웹우주망원경이 이번에 엔켈라두스를 처음으로 관측한 자료를 분석했더니 기둥의 길이가 약 1만 km에 달했다. 연구를 이끈 제로니모 빌라누에바 NASA 고다드 우주비행센터 연구원은 “이번 관측을 통해 엔켈라두스는 비교적 안정적으로 물기둥을 분출하고 있는 것을 확인했다”며 “이는 엔켈라두스가 토성계의 주요 물 공급원임을 보여준다”고 말했다.

지구의 원시 바다에서는 열수 분출구에서 단백질을 포함한 유기물이 형성되며 생명체 탄생으로 이어졌다. 즉 엔켈라두스에 1만 km나 물을 내뿜는 에너지를 품고 있는 열수 분출구가 존재한다는 의미는 그만큼 생명체 존재의 가능성도 높다는 뜻이다. 게다가 2023년 6월, 독일·미국 등 국제공동연구팀은 인산염 분자를 발견하며 엔켈라두스에 생명체 6대 원소가 모두 존재하는 것으로 확인됐다. 생명체 6대 원소는 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 질소(N), 황(S), 인(P)으로 나머지 5개는 이미 발견된 상태였다.

이번 연구에 참여한 크리스포터 글라인 미국 사우스웨스트연구소 연구원은 “이번 발견으로 엔켈라두스의 바다는 생명체가 존재할 수 있는 가장 엄격한 요건을 충족하고 있다는 사실이 확인됐다”고 말했다. 실제로 NASA는 엔켈라두스에 생명체 존재 가능성이 크다고 보고 2030년대를 목표로 ‘엔켈라두스 오비랜더’ 발사를 검토하고 있다. 모든 인류가 공통으로 풀어온 ‘광활한 우주에 생명체가 인간 뿐일까’라는 궁금증에 어쩌면 토성이 대답을 해주는 날이 오지 않을까 기대해본다.√ 기억해주세요

지구의 원시 바다에서는 열수 분출구에서 단백질을 포함한 유기물이 형성되며 생명체 탄생으로 이어졌다. 토성 위성 엔켈라두스에 1만 km나 물을 내뿜는 에너지를 품고 있는 열수 분출구가 존재한다는 것은 그만큼 생명체 존재의 가능성도 높다는 뜻이다. 게다가 2023년 6월, 독일·미국 등 국제공동연구팀이 엔켈라두스에는 생명체 6대 원소가 모두 존재하는 것으로 확인했다. 생명체 6대 원소는 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 질소(N), 황(S), 인(P)으로 나머지 5개는 이미 발견된 상태다.

박영경 과학칼럼니스트·前 동아사이언스 기자