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두번째 미션. ‘21세기 태양계 바이오 타깃을 탐사하라.’팀 버튼 감독의 영화‘화성 침공’에는 우스꽝스러운 화성인이 등장한다.현재로서는 화성에서 이런 고등 생명체를 기대하기 힘들지만 태양계 행성에 생명체가 존재한다면 그곳은 화성일 가능성이 높다고 한다.이밖에 태양계에는 생명체나 생명기원을 찾을 만한 곳이 여럿 있다.

우리 태양계를 구성하고 있는 행성과 위성, 그리고 혜성들은 우주생물학에서 가장 손에 넣기 쉬운 표본집단이다. 크기가 59억km인 태양계에는 다양한 환경과 조건을 가진 조사대상이 있으며, 이들은 태양계와 외계생명을 이해하는 바탕이 될 것이다. 우리에게서 가장 멀리 있는 명왕성까지 현재 비행기술로 10년 이내에 도달할 수 있을 만큼 태양계는 우주적인 규모에서 보면 비교적 작은 편이다.

아직 이런 태양계 내에서 우리의 탐사선들은 어떠한 생명체도 발견하지 못했다. 우주개발 초기의 태양계 탐사는 태양계의 구성원에 관한 가장 기본적인 정보를 획득하기 위한 수준에 머물렀다. 천체망원경을 통해 지구의 두꺼운 대기를 뚫고 우리의 동공에 맺혀진 신기루 같은 행성과 위성들의 참모습을 살펴보고자, 가능한 가까이 다가가 기념사진을 찍어보고 몇가지 관측장비로 스쳐 지나가며 주마간산식으로 살펴보는 정도밖에 탐사하지 못했다.

앞으로는 더욱 발전된 우주과학기술을 이용해 만들어진 탐사선들이 우주생물학자들에게 만족할 만한 답을 제공하게 될 것이다. 우주생물학자들이 눈여겨보고 있는 태양계내 생명체 존재의 후보지로는 물의 존재가 예상되는 ‘화성’과 목성의 위성 ‘유로파’, 토성의 위성 ‘타이탄’, 태양계의 방랑자 ‘혜성’이다. 이들 바이오 타깃을 향해 미항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA) 등에서는 이전처럼 먼 곳에서 바라만 보는 것이 아니라, 손안에 놓고 만져보고 살펴보는 그야말로 ‘식스 센스’(육감)까지 총동원한 탐사가 펼쳐질 전망이다. 이중 단연 하이라이트는 이른바 ‘샘플 리턴 게획’으로 외계물질을 지구의 실험실로 가져오는 계획이다. 우주의 열악한 조건과 제한된 실험장비가 아닌 정밀하고 다양한 실험장비와 전세계 과학자들의 협력을 통해 생명체를 찾아낼 것이다.

화성인 존재 가늠할 암석, 2011년 손안에

지난 4월 7일(한국시간으로 8일 새벽) 두대의 화성탐사선 실종이라는 2년 전의 아픔을 딛고 ‘화성 오디세이 2001’이 화성을 향해 출발했다. 아서 클라크의 SF소설 ‘스페이스 오디세이 2001’에서 이름을 따온 이 탐사선은, 최근 국제 공동조사팀이 39억년 된 화성 운석에서 박테리아의 흔적을 발견했다는 연구보고가 발표된 직후여서 더욱 관심을 끌고 있다. 예정대로라면 오디세이 호는 올 10월쯤 화성 궤도에 진입해 2년 반 동안 화성 표면의 화학물질과 광물을 탐사하고, 특히 물의 존재 여부를 조사한다.

역시 가장 관심가는 대목은 ‘화성인’의 존재여부다. 수많은 화성탐사(현재까지 34회 중 8회만 성공)에도 불구하고 화성인의 정체는 속시원하게 드러나지 않고 있다. 미국 마리너 6·7호의 근접 사진 촬영도 이에는 역부족이었고, 1975년 생명실험장치를 싣고 지표면에 착륙한 미국 바이킹1·2호의 조사도 일단 화성에는 ‘거주인 없음’으로 결론을 내려야만 했다.

바이킹1·2호가 가져간 조잡한 3개의 생명탐지기로 화성에서 시험한 결과는 논란의 대상이 됐다. 따라서 더욱 개량된 차세대 탐사선을 화성으로 보내는 일은 당연하다. 하지만 1980년 이후 NASA의 대부분 예산은 우주왕복선과 관련된 분야에 집중됐고, 바이킹과 같은 메머드급의 행성탐사선 제작에 필요한 예산을 확보할 수 없었다. 그래서 언제나 화성탐사선의 하이라이트는 생명탐사임에도 불구하고 간접적인 방법으로 탐사가 이뤄지고 있다.

또한 우주공간에 존재하는 어떤 종류의 생명체라도 알아낼 수 있는 감지기를 제작하는데는 기술적인 문제도 있다. 바이킹 탐사선에서 제기된 문제가 바로 이것이었다. 우리가 알고 있거나 우리가 생각하는 정도의 1-2가지 성능을 가진 생명체탐지기로는 전혀 다른 환경의 생명체, 그것도 살아 움직이는 상태가 아닐 수도 있는 어떤 것을 감지해낸다는 일은 부적절하다는 것이다. 따라서 해결책은 단 하나뿐이다. 화성의 샘플을 지구로 가져와 우리가 동원할 수 있는 모든 기술로 다양한 각도에서 살펴보는 것이다.

물론 한곳의 샘플로는 만족할만한 결과를 얻지 못할 수 있다. 실제 월면 탐사에서도 러시아의 무인계획과 미국의 유인계획을 비교해볼 때, 미국의 우주인이 러시아의 로봇에 비해 더욱 쓸만한 샘플을 찾아왔다. 여기에는 단순히 기술적인 면뿐 아니라, 인간의 영감 또한 작용한 것이다. 아폴로 15호의 우주인 제임스 어윈이 달에서 특이한 돌을 가져왔던 적이 있다. 이 돌은 지구와 달이 형성되던 초기의 돌로 밝혀져 ‘창세기의 돌’로 불렸다. 후일 어윈은 발견 당시 종교적 영감으로 이것을 찾아냈다고 회고했다. ‘창세기의 돌’은 우주탐사에서 인간 영감의 중요성을 보여주는 좋은 예가 된다.

현재 미국의 탐사계획서를 보면, 화성생명체 논란에 종지부를 찍는데는 일단 많은 시간을 기다려야 할 것 같다. 먼저 이번에 발사된 오디세이 호는 감마선 분광계란 장치로 물의 성분인 수소의 존재 여부를 탐사한다. 2년 후인 2003년에는 유럽우주기구가 개발한 ‘화성특급’이 탐사에 나서는데, 이번에는 진화론의 창시자 찰스 다윈의 항해선에서 이름을 딴 소형착륙선 ‘비글 2호’가 화성에서 ‘종의 기원’을 발견하기 위해 생명체를 추적한다. 2004년에는 ‘화성 탐험 로버’라는 이동탐사차량 2대가 도착해, 하루에 1백m정도씩 움직이면서 광범위한 범위에 걸쳐 표면을 탐사한다. 이 로봇차량들은 화성의 흙과 돌을 처음으로 현미경적 규모에서 자세하게 조사할 예정이다. 2005년에는 20-30cm정도의 지형을 판별해낼 수 있는 카메라를 가진 ‘화성 정찰 궤도선’이 궤도상에서의 거시적 탐사와 지표면에서의 미시적 탐사의 중간역할을 수행한다. 2007년에는 접근이 어려운 지역에 정확히 착륙하고 오랫동안 조사활동을 펼칠 ‘움직이는 과학실험실’ 계획이 진행될 것이다. 이와 함께 비행기나 기구와 같은 항공 탐사체도 화성의 하늘을 날아다닌다. 화성의 흙은 빠르면 2011년경에 출발할 샘플회수선을 이용해 수중에 넣을 계획이다. 이뿐 아니라 땅속 수백m를 뚫어볼 수 있는 지저탐사선도 선보인다.

심해 열수구 생물과 비슷한 생명체

행성 이외의 위성에서 대기의 존재 가능성이 제기된 것은 1944년 제라드 카이퍼에 의해서다. 특히 토성에서 가장 크고, 태양계 내에서 두번째로 큰 위성인 타이탄이 대기를 갖고 있음을 제기했다. 이후 미국 보이저 탐사선의 조사결과, 대기의 성분은 질소와 메탄으로 돼있으며, 메탄과 암모니아 얼음층 밑에는 액체 에탄의 호수가 존재할 것으로 예상됐다. 타이탄의 대기가 오렌지색 안개로 보이는 이유는 유기화합물 때문인 것으로 생각됐고, 칼 세이건을 비롯한 많은 과학자가 타이탄에 생명체가 존재할 가능성을 주장했다. 타이탄의 온도가 매우 낮다는 점에서 생명체가 존재할 가능성이 적을 것으로 보면서도, 내부에서 방출되는 열로 표면이 데워져 있을 경우 생명체의 존재 가능성을 전혀 배제할 수 없기 때문이다.

이를 밝히기 위해 1997년 10월 15일에 NASA는 토성탐사선 ‘카시니’를 파견했다. 7년간의 대장정에 오른 카시니 호에는 타이탄을 조사할 독립된 소형 탐사선 ‘호이겐스’가 따로 부착돼 있다. 2004년 카시니가 토성에 도착하면 먼저 토성 주변을 74회 선회한 뒤 타이탄을 45회 선회할 예정이다. 카시니는 이 과정에서 최대 50만장의 사진을 전송할 수 있는 카메라가 장착된 호이겐스를 타이탄에 떨어뜨린다. 진입과정에서 호이겐스는 대기의 온도·기압·밀도 등을 탐사하며, 혹한에서도 끝까지 살아남는다면 낙하와 착륙 장면을 파노라마 형식으로 지구로 보내올 것이다. 착륙후 호이겐스는 액체의 흐름과 성분 등을 조사한다. 특히 작은 마이크가 장착돼 타이탄의 천둥과 바람소리, 착륙할 때 바위 얼음 등에 부딪히는 소리 등을 생생하게 듣게 될지도 모른다.

카시니호보다 먼저 발사된 목성 탐사선 ‘갈릴레오’는 지난 1995년부터 목성과 위성들에 대한 조사를 진행하고 있다. 이 과정에서 갈릴레오 호는 목성의 위성인 유로파의 표면이 엄청난 얼음으로 덮여 있고 지하에 지구처럼 내핵이 존재한다는 사실을 밝혔다. 특히 표면이 얼음균열로 덮여 있기 때문에 표면 밑에 액체상태의 물이 있을 가능성이 높다. 이사실은 유로파에서 생명체 탐색을 시도하기에 충분한 증거로 인정되고 있다. 만약 유로파에 물이 있다면 그곳에는 생명이 분명히 있을 것이다. 이 생명은 태양빛이 들어가지 않는 깊숙한 바다에 있는 열수구 근처에 사는 정도의 지구생명체와 유사할 것이다.

먼저 2006년에 발사될 예정인 ‘유로파 궤도선’이 2010년 목성에 도착한 후 유로파의 궤도에 진입한다. 2백km 고도를 도는 유로파 궤도선은 레이더를 사용해 유로파의 얼음표면을 연구하고 두께를 측정하며, 얼음 아래에 액체상태의 물이 존재하는지를 살핀다. 여러 가지 상황이 유리하게 전개된다면 인류역사상 처음으로 유로파의 얼음을 뚫고 들어가 수중세계를 탐험할 ‘원격조정 잠수우주선’도 개발해 보낼 것이다. 이때에는 영화 ‘어비스’에서처럼 수중에서 외계인과 조우할지도 모를 일이다.

외계에서 날아온 씨앗, 혜성물질 포획

우주생물탐사에서 가장 주목하고 있는 대상은 태양계의 방랑자 ‘혜성’이다. 혜성탐사는 단순히 생명체의 존재뿐 아니라, 지구생명의 기원을 밝혀줄지도 모르기 때문이다. 1976년에 영국 카디프대 수학 및 천문학 교수인 찬드라 위크라마싱헤와 프레드 호일이 처음 주장한 ‘외계생명체론’에 의하면, 태양계의 형성 초기에 지구 주위를 떠돌던 혜성이 지구를 방문했고, 이 방문에 지구생명의 기원이 되는 ‘원시생명체’ 조상이 동행했다고 한다. 태양계의 탄생 초기에 지구로 날아온 ‘더러운 눈뭉치’에 뭍은 우주먼지 입자에는 탄소와 물이 함유돼 있었고, 이를 바탕으로 인체를 구성하는 필수단백질인 아미노산 같은 분자들이 만들어졌다는 주장이다. 혜성 하나가 운반하는 유기물질의 양은 지구 생명체 총량의 10%나 되며, 지구가 탄생한 후 5억년간 지구에 물과 생명체를 실어나른 것은 바로 이 혜성이라는 것이다.

현재 이런 가설은 과학기술의 발전으로 수십억km나 떨어진 우주먼지의 화학성분 분석이 가능해짐에 따라 차츰 과학자들의 관심을 끌기 시작했다. 현재까지 밝혀진 우주먼지의 구성성분은 얼음(물), 일산화탄소, 극미 다이아몬드, 암모니아, 포름알데히드 등 1백여 가지에 이른다. 이를 확인하기 위해 NASA는 지난 1999년 11월 17일 혜성이 남기고 간 물질인 ‘사자자리 유성우’에 관해 외계 물질의 존재 여부, 혜성의 잔해와 지구 대기의 상호 작용으로 인한 생성 물질 등을 조사했다. 하지만 좀더 정확한 정보수집을 위해서는 혜성을 쫓아가 이들 미세 입자를 손에 넣어야 할 것이다.

지난 1986년 핼리혜성이 방문했을 때 ‘지오토’나 ‘베가’ 등의 탐사선이 근접 비행한 적이 있다. 하지만 이에 만족하지 않고 NASA는 혜성 탐사선 ‘스타더스트’에 ‘혜성먼지 포획’이라는 특명을 부여해 1999년 2월 7일 우주에 올려놓았다. 스타더스트 호가 수집 대상으로 삼은 혜성은 ‘빌트2’. 스위스의 발견자 이름을 딴 빌트2가 선택된 이유는 태양을 방문한지 얼마 안돼 가장 ‘신선한’ 혜성이므로, 마치 냉동타임캡슐처럼 원래의 잔존물이 날아가지 않고 신선하게 유지되고 있을 것으로 보이기 때문이다. 지난 1월 15일 스타더스트는 지구주위를 지나면서 중력의 도움을 받아 혜성 빌트2와 마주칠 수 있도록 경로를 변경시켰다. 예정대로라면 2004년 1월 2일에 스타더스트는 총알보다 6배나 빠른 속도로 혜성을 스쳐지나가며 상봉할 것이다. 이때 스타더스트는 혜성의 먼지 폭풍우 속을 10시간 동안 비행하면서 과학장비와 카메라 등을 이용, 각종 자료를 입수한다.

탐사의 하이라이트는 ‘에어로젤’이라는 특수 저밀도 소재가 담긴 테니스 라켓 모양의 흡착기를 펼쳐 혜성에서 떨어져 나오는 입자를 흡수는 작업이다. 에어로젤에는 수천분의 1g 정도의 입자가 모일 것이다. 아주 소량이긴 하지만 1천여개 이상의 입자만 수집된다면 완벽한 과학적 조사가 이뤄질 수 있을 것이다. 이 중 1백개 정도의 입자는 궁수자리 방향으로부터 태양계로 오는 것으로 알려진 성간입자를 포함한다. 이 성간입자는 태양계 형성에 중요한 역할을 한 존재다. 이후 혜성의 먼지 입자를 담은 귀환 캡슐은 약 16억km를 날아 지구로 돌아온다. 발사한지 7년만에 지구로 돌아오는 회수 캡슐은 2006년 1월 15일경에 미국 유타주 사막에 낙하산을 이용해 안전하게 착륙한다. 이 순간은 월석 다음으로 외계의 물질을 직접 손에 넣는 과학사의 한획을 긋는 사건이 될 것이다. 스타더스트가 채취해온 각종 물질과 탐사자료들은 세계 과학자들에게 나눠져 총체적 분석이 시도된다. 어쩌면 분석결과가 우주생물학의 많은 부분을 다시 쓰게 만들지도 모른다.

이 외에도 혜성과의 다양한 조우 계획이 마련돼 있다. 유럽우주국은 2003년에 ‘로제타’ 호를 발사해 2011년 ‘워타넨 혜성’에 접근시킬 예정이다. 특히 로제타에 실린 착륙선이 2012년 8월 혜성에 착륙해 36시간 동안 각종 자료를 지구로 보낼 예정이다. 이 과정에서 지구 생명의 기원을 밝힐 ‘로제타석’을 발견할지도 모른다. 그리고 NASA는 혜성의 표면 조사에서 벗어나 혜성을 향해 포탄을 발사, 혜성 핵의 내부를 조사할 계획도 진행중이다. 2004년에 ‘딥 임팩트’ 호를 보내 ‘템플1’ 혜성에 접근시킨 후 5백㎏의 구리포탄을 혜성 핵에 쏜다. 포탄과 핵이 충돌하면 깊이 수십m에 축구장 크기만한 크레이터가 생기게 된다. 이때 우주로 분출되는 물질과 얼음 파편들을 관측하면 혜성의 깊숙한 내면을 밝힐 수 있을 것이다.

지금까지 살펴본 계획들은 우주생물체를 밝혀내기 위한 걸음마에 불과하다. 더욱 먼미래에는우리태양계를 넘어서 다른 항성계에‘생명 조사단’을 파견하게 될 것이다. 생명의 근원에 관한 비밀은 신의 영역인지도 모른다. 하지만 생명의 비밀문서가 담긴판도라의 상자를 열기 위해 인류가 끊임없이 탐사선을 우주로 보내리라는 사실은 명백하다.