외계 행성을 '거주 가능'하게 만드는 것은 정확히 무엇입니까?

오늘날 천문학에서 가장 흥미로운 주제 중 하나는 외계 행성 또는 태양계 너머 행성을 찾는 것입니다. 지금까지 5,000개 이상의 외계 행성을 발견했으며 매년 더 많은 행성이 발견되고 있습니다. 그리고 외계 행성 연구의 성배는 우리 행성 너머에 생명체를 찾을 수 있는 거주 가능한 행성을 찾는 것입니다.

천문학에 관심이 있는 분이라면 뉴스 헤드라인을 본 적이 있을 것입니다. 발견된 거주 가능한 외계 행성 NASA의 케플러 우주 망원경이나 TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite)와 같은 임무를 통해 이 행성들은 일반적으로 지구와 유사하며 표면에 액체 상태의 물이 있을 수 있으며 잠재적으로 생명체를 지원할 수 있다고 생각됩니다. 그러나 행성이 수백만 마일 떨어진 곳에서 거주 가능한지 어떻게 알 수 있습니까? 어쨌든 거주 가능하다는 것은 정확히 무엇을 의미합니까?

우리는 행성 거주 가능성 연구소(Planetary Habitability Laboratory)의 거주 가능성 전문가인 Abel Méndez와 이야기를 나눴습니다. 아레시보에 있는 푸에르토리코 대학교는 거주 가능성이 당신보다 훨씬 더 복잡하다고 말했습니다. 생각할지도 모른다.

거주 가능성은 바이너리가 아닙니다

대부분의 사람들이 거주 가능성에 대해 말하는 방식은 마치 이분법적인 상태인 것 같습니다. 행성은 거주 가능하거나 그렇지 않습니다. 그러나 이 문제에 대해 깊이 생각해보면 이 정의가 적합하지 않다는 것이 분명합니다. 우리는 인간의 생명을 유지할 수 있는 것으로 거주 가능함을 의미합니까? 아니면 미생물의 삶? 삶이 성공할 수 있는 안락한 환경을 의미합니까, 아니면 생존이 어렵지만 이론적으로는 가능한 환경을 의미합니까? 생명체가 그 환경에서 진화할 수 있었다는 말입니까, 아니면 생명체가 그곳에 도착했다면 생존할 수 있었다는 말입니까?

이러한 질문에 대한 명확한 답이 없기 때문에 거주 가능성을 예/아니오 질문으로 생각하는 것은 실수입니다. 그 대신 우리는 거주 가능성을 특정 유형의 삶에 대한 적합성의 척도로 생각해야 합니다.

이러한 혼란은 대중들 사이에서만 존재하는 것은 아니다. Méndez는 거주 가능성이 의미하는 바에 대해 과학자들 사이에 합의가 부족하다고 말했습니다. 그것은 "부담스러운 단어"라고 그는 말했습니다. "우리의 일반적인 대화에서 거주 가능성은 인간.” 하지만 우리가 다른 행성을 볼 때 인간만 생각하는 것이 아니라 다른 종류도 생각합니다. 인생의.

우주 생물학자들이 외계 행성의 거주 가능성에 대해 궁금해했던 모든 시간 동안 수십 년 동안 거주 가능성에 대해 생각해 온 또 다른 그룹의 사람들이 있었습니다. 생태학자. 생태학자들은 특정 유형의 생명체가 번성하기 위한 특정 환경의 적합성에서와 같이 여기 지구 환경의 "서식지 적합성"에 대해 이야기합니다. 그것이 바로 우주 생물학계가 외계 행성 연구를 통해 얻으려고 했던 것입니다.

이 주제에 대한 연구 초기에 Méndez는 이 생태학 작업을 접했고 이렇게 말했습니다. 우주생물학 분야에서 거주 가능성을 정의하고 정량화하려는 노력은 이미 수십 년 전에 생태학자에 의해 이루어졌습니다.”

거주 가능 구역은 어떻습니까?

그렇다면 문제는 외계 행성이 거주 가능한지 여부를 결정하는 것이 아니라 어떤 특징이 생명체에 적합하도록 만드는지 결정하는 것입니다.

상대적으로 시작하기 쉬운 곳 중 하나는 액체 상태의 물이 필요하다는 것입니다. 액체 상태의 물은 필수 용매 특성 때문에 우리가 알고 있는 거의 모든 형태의 생명체에 사용됩니다. 많은 것들이 물에 용해되는데, 이는 화학 반응을 가능하게 하는 물질을 함께 혼합하는 데 좋다는 것을 의미합니다. 또한 효소가 기능하는 방식에 중요한 역할을 합니다. 따라서 과학자들이 거주 가능한 외계 행성에 대한 요구 사항을 상상했을 때 사용 가능한 액체 물을 갖는 것이 목록의 맨 위에 있습니다.

이것이 우리에게 "거주 가능 구역"에 대한 아이디어를 제공합니다. 이것은 행성이 표면에 액체 상태의 물을 가질 수 있는 적절한 온도에 있을 것으로 추정되는 별 주변의 영역입니다. 만약 우리가 별의 거주 가능 구역 내에 있는 지구와 같은 행성 추론이 진행되면 우리는 생명을 찾기 위한 좋은 출발점을 찾았을 것입니다.

그러나 거주 가능 구역에 있다는 것이 거주 가능성의 전부는 아닙니다. 하나의 기본 요구 사항일 뿐입니다. 그리고 Méndez는 이 용어가 "많은 혼란"을 야기했다고 말합니다. 왜냐하면 천문학자들은 행성이 거주 가능 구역에 있다는 것을 의미할 때 종종 거주 가능하다고 말할 것이기 때문입니다. 그는 이것이 해결된 질문과는 거리가 멀다는 것을 분명히 하기 위해 "잠재적으로 거주 가능"이라는 용어를 선호합니다.

거주 가능성 요인

좋아, 그래서 액체 물은 필수입니다. 행성이 생명체를 수용하려면 또 무엇이 필요합니까? 우리는 여기 지구상의 생명체를 기반으로 그것을 확실히 이해하고 있습니다. 외계 행성의 거주 가능성을 평가할 때 우주생물학자들은 행성의 질량과 반지름, 표면 온도, 압력, 지구가 덮고 있는 부분 물.

주어진 외계 행성에 대해 이러한 요소를 결정하는 것은 어렵습니다. 현재 발견된 대부분의 외계 행성에 대해 우리는 공전 주기, 반지름 또는 질량, 모항성으로부터 받는 방사선의 양인 항성 플럭스와 같은 요소를 알 수 있습니다. 그러나 표면 온도나 압력을 알기 위해서는 예를 들어 대기에 대해 알아야 합니다.

그 이유를 알아보려면 우리 태양계를 살펴보십시오. 금성은 수성보다 태양에서 더 멀리 떨어져 있지만 태양계에서 가장 높은 표면 온도를 가지고 있습니다. 금성은 열을 가두어 표면 온도를 높이는 극도로 두꺼운 대기를 가지고 있기 때문입니다. 우리 태양계를 바라보는 외계 우주생물학자는 금성이 멀리서 보면 분명하지 않기 때문에 금성이 얼마나 뜨거웠는지 모를 수도 있습니다.

James Webb Space Telescope와 같은 망원경이 수행하는 향후 작업을 통해 우리는 다음에 대해 더 많이 알 수 있습니다. 외계 행성 대기, 하지만 지금은 과학자들이 표면 온도를 추정해야 합니다.

물에 잠긴 표면의 양도 중요합니다. 해양 부분이라고 불리는 이것은 중요한 이유는 바다의 역동적인 성질 행성 주위에 영양분을 운반하는 데 탁월하여 장소를 생명체에게 더 친절하게 만듭니다.

우리는 현재 외계 행성의 해양 부분을 측정할 수 있는 장비가 없습니다. 그러나, 있다 미래의 망원경에 대한 아이디어 외계행성이 자전할 때 반사되는 빛의 양이 어떻게 변하는지 볼 수 있고 표면을 덮고 있는 바다의 양을 나타낼 수 있습니다.

이러한 요소를 결정하는 모든 복잡성에도 불구하고 Méndez는 외계 행성 과학이 매우 빠르게 발전하고 있으므로 향후 20년 이내에 측정할 수 있을 것이라고 생각합니다. "다른 장비로 대기를 측정하는 데 10년, 행성을 개별적으로 보고 해양 부분을 측정할 수 있는 새로운 망원경의 경우 10년"이라고 그는 예측했습니다.

잠재적으로 거주 가능한 외계 행성의 카탈로그

향후 수십 년 동안 외계 행성을 이렇게 자세하게 연구할 수 있다는 것은 흥미롭지만 과학자들은 잠재적으로 거주 가능한 외계 행성도 지금 연구하고 싶어합니다. 그런 이유로 Méndez의 그룹은 거주 가능한 외계 행성 카탈로그, 현재까지 발견된 모든 잠재적으로 거주 가능한 외계 행성의 목록입니다.

카탈로그에 포함되려면 행성이 대략 지구 크기이고 별의 거주 가능 구역 내에서 궤도를 돌고 있어야 합니다. 그러나 이러한 외계 행성에 대해 아직 알 수 없는 많은 요인을 고려하여 지구 크기 평균에 대한 두 가지 다른 기준이 있습니다. 카탈로그에는 지구 반지름의 최대 1.6배 또는 3배까지의 행성을 나열하는 보수적인 목록이 있습니다. 질량의 2배, 지구 반지름의 2.5배 또는 10배의 행성이 있는 낙관적 목록 대량의.

그것은 우리가 잠재적인 거주 가능성을 찾을 때 가스 행성이 아니라 지구와 같은 암석 행성을 찾고 있기 때문입니다. 가스 거인과 같이 밀도가 낮은 외계 행성은 붙들기가 서투르기 때문에 생명에 좋지 않습니다. 생명을 유지하는 데 필요한 영양소 – 구름에서 생명을 찾을 수 없는 것과 같은 이유 지구. 지구 크기의 약 2배에 이르는 행성은 암석 행성이 될 것이지만, 그보다 큰 행성은 생명을 유지할 가능성이 없는 미니 해왕성 또는 가스 왜성이라고 하는 유형일 수 있습니다.

이상으로 확인된 외계 행성 5,000개 카탈로그에 수백 개의 거주 가능 후보가 나열되어 있다고 생각할 수 있지만 실제로는 상대적으로 적습니다. 보수적 목록에는 21개, 낙관적 목록에는 38개뿐입니다.

목록의 간결함은 부분적으로 많은 외계 행성 탐지 방법이 더 큰 외계 행성을 찾는 데 더 좋기 때문일 수 있습니다. 작은 것보다 – 일반적으로 말해서 더 큰 것을 발견하는 것이 더 쉽습니다 – 일부 연구에 따르면 될 수 수십억 개의 지구형 행성 우리 은하에서. 그러나 현재로서는 잠재적인 거주 가능성에 대한 가장 기본적인 기준을 충족하는 외계 행성의 수는 여전히 적습니다.

지금 삶을 찾을 곳

물론 우리가 알고 있는 잠재적으로 거주 가능한 외계 행성이 거의 없다는 사실이 우리가 다른 곳에서 생명체를 찾는 것을 포기해야 한다는 것을 의미하지는 않습니다. 어떤 면에서는 다음과 같은 시스템이 있을 때 연구 대상을 더 쉽게 결정할 수 있습니다. 트라피스트-1, 잠재적으로 거주 가능한 외계 행성을 4개나 호스팅할 것으로 생각되며 다가오는 과학 작업의 핵심 목표가 될 것입니다. 제임스 웹 우주 망원경.

거주 가능성에 대한 이러한 모든 논의는 우주의 다른 곳에 생명체가 있다면 적어도 여기 지구 생명체와 비슷할 것이라는 생각에 근거합니다. 물이나 특정 영양소에 대한 요구 사항에 대해 이야기할 때 우리는 지구상에서 관찰한 생명체를 기반으로 합니다. 우리는 다른 곳에 우리가 알고 있는 생명체가 있을 것이라고 가정하지만, 어딘가에 완전히 다른 형태의 생명체가 있을 수 있다는 것은 확실히 가능합니다.

과학자들은 이러한 가능성을 인정하지만 연구에 실질적으로 유용하지 않기 때문에 개념에 대해 많이 고려하지 않는 경향이 있습니다. Méndez는 "우리가 모르는 것처럼 생명을 인식하지 못할 것입니다."라고 지적했기 때문에 우리가 찾을 수 있는 것이 아닙니다.

우리 태양계에서 생명체 찾기

일부 연구자들은 외계 행성을 찾는 대신 태양계에서 토성의 달 엔셀라두스나 목성의 달 유로파와 같은 잠재적으로 거주 가능한 세계를 찾을 수 있다고 주장합니다. 표면에 액체 상태의 물이 존재하기에는 태양으로부터 너무 멀리 떨어져 있지만 둘 다 얼음 표면 아래에 액체 상태의 염수 바다가 있는 것으로 생각됩니다.

그러나 Méndez는 이러한 얼음 표면 때문에 이러한 위치가 삶에 매우 유망한 위치라고 확신하지 않습니다. 이 껍질은 대기에 대한 접근을 차단하고 표면에서 에너지가 전달되는 것을 방지하여 생명 유지에 적합하지 않게 만듭니다. “그것은 우리 행성의 심해보다 더 나쁩니다. 지구상의 어떤 것보다 훨씬 더 나쁘다”고 말했다. "미생물 이외의 생명체는 그곳에 살지 않을 것이라고 생각합니다."

지구 밖에서 미생물 생명체를 찾는 것조차 매우 흥미진진할 것이므로 화성에서 고대 생명체의 증거를 찾는 로버 퍼시비어런스(Rover Perseverance)와 같은 임무의 목표입니다. 그러나 화성은 과거에는 한 시점에 있었을 수 있지만 오늘날 정확히 친절하지는 않습니다. 화성 환경에 대한 거주 가능성 연구는 오늘날 화성에서 살아남을 어떤 것도 유망하지 않습니다. 화성의 표면은 아타카마 사막보다 1000배 더 나쁩니다.” 말했다.

화성을 향하여

화성의 건조한 조건에 대한 의구심에도 불구하고 Méndez는 생명체가 존재한다면 어디에서 생명체의 증거를 찾을 수 있는지에 대해 실용적입니다. "어디에서 생명체를 찾을 수 있을지 내기해야 한다면 화성에 걸겠습니다. 비록 외계 행성을 더 좋아하지만 말이죠!" 그것은 탐지 문제 때문입니다. 행성이 잠재적으로 거주할 수 있을 뿐만 아니라 실제로 생명체가 살고 있다는 사실을 알고 싶다면 증거가 필요합니다. 그 증거는 먼 거리에서 얻기가 매우 어렵습니다.

향후 수십 년 동안 화성에 대한 샘플 귀환 임무가 계획되어 있으므로 연구를 위해 화성의 일부를 지구로 되돌려 보내는 경주가 시작됩니다. 이 샘플은 특정 생명을 감지할 수 있는 최고의 기회입니다. "여기 지구상에 샘플이 있다면 확실한 대답이 나올 것입니다. 왜냐하면 당신은 매우 적은 양의 미생물을 찾고 있기 때문입니다."라고 그는 설명했습니다.

꿈의 연구 시나리오는 지구 표준에 따라 거주할 수 있는 화성의 환경에서 샘플을 수집하는 것입니다. 대수층. 그러한 환경에서 생명체의 증거를 발견했다면 그것은 대단한 일이 될 것입니다. 우리 행성이 생명체를 수용하는 유일한 행성이 아니라는 것을 발견했을 것입니다.

그러나 Méndez는 그러한 환경에서 생명체의 어떤 증거도 발견하지 못하는 것이 흥미로울 것이라고 말합니다. "지구상 기준으로 거주 가능한 장소를 찾았는데 거기에 생명체가 없다면 놀랍고 흥미로울 것입니다."라고 그는 말했습니다. “무슨 일이 있었나요? 무슨 일이에요? 왜 생명이 없습니까?” 생명체가 지구상의 매우 다양한 환경에 존재한다는 점을 감안할 때 우리는 알고 있습니다. 지구와 화성이 충돌을 통해 물질을 공유했다는 점에서 생명이 우리 행성에만 국한된다면 참으로 이상할 것입니다. 행성.

멘데즈는 "생명을 찾는 것은 대단한 계시가 될 것이지만 부정적인 결과는 훨씬 더 심오할 것"이라고 말했다. “여기서 잘못될 리가 없습니다. 윈윈 상황입니다. 답은 화성에 있습니다. 바로 거기에 있습니다. 그리고 모든 대답은 심오합니다.”

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