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금성에서 생명체 흔적이 실제로 발견된 건 이번이 처음이래. 과학자들은 그 흔적을 어떻게 확인한 걸까?

금성 대기에서 포스핀 발견

영국 카디프대학교와 케임브리지대학교 천문학연구소, 미국 매사추세츠대학교 공대 등 공동 연구팀은 금성 대기에 포스핀(PH3) 기체가 있다는 사실을 발견해 9월 14일 국제학술지에 발표했어요. 
연구를 이끈 카디프대학교의 천문학자 제인 그리브스는 미국 하와이에 위치한 제임스클러크맥스웰망원경(JCMT)를 이용해 금성 대기에서 뿜어져 나오는 전파 스펙트럼을 관찰했어요. 물질을 이루는 기본 단위인 분자는 항상 운동을 하고 있어요. 고체, 액체, 기체 등 물질의 상태에 따라 운동이 달라지는데, 뱅글뱅글 돌거나(회전), 반복적으로 왔다갔다하거나(진동), 평행이동(병진) 해요. 이 과정에서 분자의 종류와 운동 상태에 따라 다른 파장의 빛에너지를 내놓거나 흡수하는데, 이런 파장의 변화를 감지하면 어떤 분자가 대기에 있는지 알 수 있는 거예요.

포스핀은 질량을 중심으로 회전을 해요. 회전을 하기 위해 필요한 에너지를 초고주파인 밀리미터파(mmWave)* 파장의 빛에서 흡수하지요. 그럼 그 순간 해당 파장의 빛이 약해지고, 잔물결처럼 진동하던 밀리미터파 스펙트럼에 큰 굴곡이 생겨요. 이 구간을 ‘흡수선’이라고 해요. 그리고 지난 2018년, 제인 그리브스 연구원이 관측한 밀리미터파 스펙트럼에서 V자 모양으로 움푹 패인 포스핀의 흡수선을 발견했어요. 

연구원들은 정확한 확인을 위해 2019년 3월 칠레 북부 아타카마 사막에 전파망원경이 모여 있는 ‘아타카마대형밀리미터집합체(ALMA)’를 사용해 다시 금성을 관측했어요. 그리고 밀리미터파 스펙트럼에서 또다시 흡수선 굴곡을 확인하였답니다.

이 데이터를 분석해 본 결과, 금성 50km 고도의 대기 속 포스핀의 양은 20ppb였어요. ppb는 대기 10억g에 포함된 미량물질의 질량을 g으로 표시한 단위로, 20ppb는 공기 분자 10억 개 중에 포스핀 분자가 20개 있다는 것을 뜻하지요. 얼핏 매우 적은 양처럼 보이지만, 연구진은 생명체 존재를 의심해 볼 수 있는 유의미한 수치로 봤어요. 

과학자들은 오래전부터 금성의 대기에 주목했어요. 고도 50km로 올라오면 압력과 온도가 지구와 비슷해지거든요. ‘코스모스’의 저자로 유명한 칼 세이건은 1960년대 금성 구름에 생명체가 있을 거라는 가설을 제안했고, 이후 여러 후속 가설 연구가 지속돼 왔지요. 독일의 베를린공과대학교 천문학센터에서 금성 대기를 연구하고 있는 이연주 EU연구원은 “아주 오래 전 금성에 바다가 있었을 것이라는 이론이 거의 정설로 믿어지고 있다”면서 “바다가 있었다면 대기에 생명체가 충분히 발생할 수 있는 환경이라고 본다”고 설명했어요.

용어정리

*밀리미터파 : 파장 1~10mm, 주파수 30~300GHz인 전파. 이동통신과 무선 항해, 
지구 탐사, 전파 천문 등에 다양하게 사용된다.