2020년에 과학자들은 지구 크기의 암석 행성의 대기에서 포스핀이라는 가스를 발견했습니다. 생물학적 과정을 통하지 않고 포스핀을 생산할 수 있는 방법이 없다는 사실을 아는 과학자들은 현재 살아있는 무언가가 화학 물질의 출처에 대한 유일한 설명이라고 주장합니다. New York Times 보고되었습니다. '생체특징 가스'에 따르면 포스핀은 마치 홈런처럼 보였습니다.
그러기 전까지는요.
그 행성은 금성이었고, 금성 하늘에 잠재적인 생체특징이 있다는 주장은 몇 년이 지난 지금도 여전히 논란에 휩싸여 있습니다. 과학자들은 포스핀이 그곳에 존재하는지 여부에 대해서는 의견이 일치하지 않습니다. 그것이 우리 쌍둥이 행성에 외계 생물권이 있다는 강력한 증거인지 여부는 말할 것도 없습니다.
금성에게 어려웠던 일이 수 광년 떨어진 외계 행성에서는 더 어려울 것입니다.
2021년에 발사된 NASA의 제임스 웹 우주 망원경(JWST)은 이미 K2-18 b라고 불리는 중형 외계 행성의 대기 구성에 대한 데이터를 전송했으며, 일부는 논란의 여지가 있지만 이를 생명체의 증거로 해석하기도 했습니다. 그러나 생체특징 탐지에 대한 희망이 높아지는 가운데 일부 과학자들은 외계 행성 대기의 가스가 외계인에 대한 설득력 있는 증거가 될 수 있는지 공개적으로 묻기 시작했습니다.
최근 다수의 논문에서는 외계 행성 생체특징 탐지의 엄청난 불확실성을 탐구합니다. 그들이 파악한 주요 과제 중 하나는 Durham University의 과학 철학자 Peter Vickers가 생각하지 못한 대안의 문제라고 부르는 것입니다. 간단히 말해서, 과학자들은 가스 존재에 대한 가능한 모든 비생물학적 설명을 배제했다고 어떻게 확신할 수 있습니까? 특히 외계 행성의 지질학과 화학이 외계 생명체만큼 신비롭게 남아 있는 한?
"새로운 아이디어는 항상 탐구되고 있으며, 아직 생각되지 않은 현상에 대한 비생물학적 메커니즘이 있을 수 있습니다."라고 Vickers는 말했습니다. “그것이 우주생물학에서 생각되지 않은 대안의 문제입니다.”
지구와 유사한 외계 행성에서 생체 특징 가스를 탐색할 제안된 우주 망원경인 LIFE 임무의 프로젝트 과학자이자 취리히 연방 기술 연구소의 천문학자 Daniel Angerhausen은 "그것은 방 안에 있는 코끼리와 같습니다."라고 말했습니다.
과학자들이 먼 행성에서 추정되는 생체특징 가스를 발견하면 베이즈 정리라는 공식을 사용하여 세 가지 확률을 기반으로 그곳에 생명체가 존재할 가능성을 계산할 수 있습니다. 두 가지는 생물학과 관련이 있습니다. 첫 번째는 그 행성에 대해 알려진 모든 것을 고려할 때 그 행성에 생명체가 출현할 확률입니다. 두 번째는 생명체가 있다면 우리가 관찰하는 생체특징을 생성할 확률입니다. 지난 가을 논문에서 이런 종류의 추론을 탐구한 애리조나 주립대학교의 우주생물학자인 Cole Mathis와 Tokyo Institute of Technology의 지구 생명 과학 연구소의 Harrison Smith에 따르면 두 요인 모두 상당한 불확실성을 안고 있다고 합니다.
사무엘 벨라스코/Quanta 매거진
세 번째 요인은 생명이 없는 행성이 관측된 신호를 생성할 확률입니다. 이는 현재 연구자들이 인식하지 못한 비생물학적 대안 문제와 얽혀 있는 똑같이 심각한 도전 과제입니다.
Vickers는 “그것은 우리가 책임감 있게 내용을 채울 수 없다고 주장할 가능성이 있는 것입니다.”라고 말했습니다. “0부터 1까지의 범위가 거의 가능합니다.”
지구와 해왕성의 중간 크기인 "미니 해왕성"인 K2-18 b의 경우를 생각해 보세요. 2023년 JWST 데이터에 따르면 대기 중 황화디메틸(DMS)이 통계적으로 약한 것으로 나타났습니다. 지구상에서 DMS는 해양 생물에 의해 생산됩니다. K2-18 b에서 이를 잠정적으로 탐지한 연구자들은 하늘에서 발견된 다른 가스를 행성이 거주 가능한 표면 바다가 있는 "물 세계"라는 의미로 해석하여 그곳의 DMS가 해양 생물에서 나온다는 이론을 뒷받침했습니다. 그러나 다른 과학자들은 동일한 관찰을 해왕성과 더 유사한 열악한 가스 행성 구성의 증거로 해석합니다.
생각지도 못한 대안으로 인해 우주생물학자들은 무엇이 좋은 생체특징을 만드는지에 대한 자신들의 생각을 여러 차례 수정하게 되었습니다. 금성에서 포스핀이 발견되었을 때 과학자들은 생명이 없는 암석 세계에서 포스핀이 생산될 수 있는 방법을 전혀 몰랐습니다. 그 이후로 그들은 실행 가능한 몇 가지 비생물학적 가스 공급원을 확인했습니다. 한 가지 시나리오는 화산이 인화물이라는 화학 화합물을 방출한다는 것입니다. 이 화합물은 금성 대기의 이산화황과 반응하여 인산염을 형성할 수 있습니다. 과학자들이 쌍둥이 행성에서 활발한 화산 활동의 증거를 발견했다는 점을 고려하면 그럴듯한 설명입니다. 마찬가지로 산소는 NASA 우주생물학 연구소의 가상 행성 연구소(Virtual Planetary Laboratory)의 빅토리아 메도우즈(Victoria Meadows)를 포함한 연구자들이 생물권 없이 암석 행성이 산소를 축적할 수 있는 방법을 찾기 시작한 2010년대까지 생체특징 가스로 간주되었습니다. 예를 들어, 산소는 금성과 유로파처럼 다양한 세계에 풍부하게 존재하는 이산화황으로부터 형성될 수 있습니다.
오늘날 우주생물학자들은 단일 가스가 생체특징이 될 수 있다는 생각을 대부분 포기했습니다. 대신, 그들은 생명 없이는 공존할 수 없는 "총체", 즉 가스 세트를 식별하는 데 중점을 둡니다. 오늘날의 가장 표준적인 생체특징이라고 할 수 있는 것이 있다면 그것은 산소와 메탄의 조합입니다. 메탄은 산소가 풍부한 대기에서 빠르게 분해됩니다. 지구에서는 생물권이 지속적으로 두 가스를 보충하기 때문에 두 가스가 공존합니다.
지금까지 과학자들은 산소-메탄 생체특징에 대한 비생물학적 설명을 제시하지 못했습니다. 그러나 Vickers, Smith 및 Mathis는 이 특정 쌍(또는 아마도 어떤 혼합 가스)이 설득력이 있을지 의심합니다. 스미스는 “우리가 보고 있는 것이 알려지지 않은 지구화학적 과정의 결과가 아니라 실제로 생명의 결과인지 확신할 수 있는 방법이 없습니다.”라고 말했습니다.
"JWST는 생명 탐지기가 아닙니다. 행성 대기에 어떤 가스가 있는지 알려줄 수 있는 망원경입니다."라고 Mathis는 말했습니다.
외계행성 대기를 연구하는 요크대학교의 우주생물학자 사라 루그하이머(Sarah Rugheimer)는 좀 더 낙관적이다. 그녀는 산소와 메탄과 같은 앙상블 생체특징에 대한 대체 비생물학적 설명을 적극적으로 조사하고 있습니다. 하지만 그녀는 “외계 행성에서 산소, 메탄, 물, CO2를 본다면 매우 비싼 샴페인인 샴페인을 터뜨릴 것”이라고 말합니다.
물론, 흥미로운 결과에 대해 개인적으로 술을 따르는 것은 외계인을 발견했다고 세상에 알리는 것과는 다릅니다.
Rugheimer와 Quanta와 대화를 나눈 다른 연구원들 이 이야기에서는 생체특징과 관련된 불확실성에 대해 공개적으로 어떻게 가장 잘 이야기할 수 있을지 궁금해합니다. 그리고 특정 탐지에 대한 우주생물학적 의견의 변동이 어떻게 과학에 대한 대중의 신뢰를 약화시킬 수 있는지 궁금해합니다. 그들은 혼자 걱정하는 것이 아닙니다. 금성 포스핀 사건이 2021년 절정에 가까워지자 NASA 관리자와 과학자들은 우주생물학 커뮤니티에 생체특징 탐지의 확실성에 대한 확고한 표준을 확립할 것을 간청했습니다. 2022년에 수백 명의 우주생물학자들이 이 문제를 논의하기 위해 가상 워크숍에 모였습니다. 하지만 아직 생체특징에 대한 공식 표준이나 정의조차 없습니다. "지금 당장은 이것이 약간의 문제라는 점에 우리 모두가 동의한 것이 매우 기쁩니다."라고 Angerhausen은 말했습니다.
불확실성에도 불구하고 연구가 진행되고 있다고 Vickers는 말합니다. 막다른 골목에 부딪히고 되돌아가야 하는 것은 우주생물학과 같은 신생 분야에서는 자연스러운 일입니다. Smith는 “이것은 과학이 전반적으로 어떻게 작동하는지 사람들이 더 잘 이해하려고 노력해야 하는 것입니다.”라고 말했습니다. "우리가 알고 있는 것을 업데이트해도 괜찮습니다." 그리고 생체 서명에 대한 대담한 주장은 과학자들에게 이를 위조하도록 불을 붙이는 방법이 있다고 Smith와 Vickers는 말합니다. 즉, 생각지도 못한 대안을 찾아 나서는 것입니다.
금성을 탐지하는 데 도움을 준 포스핀 전문가이자 바드 대학의 천문학자 클라라 소사-실바(Clara Sousa-Silva)는 “우리는 아직도 금성에서 도대체 무슨 일이 일어나고 있는지 알지 못하기 때문에 당연히 절망적이라고 느낀다”고 말했습니다. 그녀에게 다음 단계는 분명하다. “금성에 대해 다시 생각해 보자.” 천문학자들은 수십 년 동안 금성을 사실상 무시했습니다. 생체특징 논쟁은 이전에 고려되지 않았던 비생물적 포스핀 공급원을 발견할 뿐만 아니라 우리 자매 행성 자체를 더 잘 이해하려는 새로운 노력을 촉발시켰습니다. (향후 수십 년 동안 금성에 대한 최소 5개의 임무가 계획되어 있습니다.) “그것도 외계 행성에 대한 희망의 원천이라고 생각합니다.”
