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나사는 화성에서 생명채를 발견할 수 있을까?

나사(NASA)의 화성탐사 로버 퍼시비어런스가 30일(현지시각) 발사됐다.

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화성탐사 로버

출처NASA/JPL-CALTECH

나사(NASA)의 화성탐사 로버, 퍼시비어런스가 30일(현지시각) 발사됐다. 고대 화성에 만들어진 분화구로 가서 생명체의 존재 흔적을 찾는 것이 목표다. 그런데 흔적을 찾아낸다 하더라도, 이것을 어떤 식으로 판별할 수 있을까? 이 프로젝트에 참여한 켄 윌포드 박사의 설명을 들어봤다.

오늘날의 화성은 생명체에게 한 없이 적대적인 환경을 갖고 있다. 물이 액체 상태로 남아있을 수 없을 정도로 표면이 춥다. 대기층도 얇아서 엄청난 양의 방사선이 투과되고, 이로 인해 지표의 미생물이 살아남기 힘들다.

처음부터 이랬던 것은 아니다. 약 35억여 년 전쯤 표면에 물이 흐른 흔적이 있다. 물길과 삼각주의 흔적이 발견된 것이다. 당시에는 대기 중 이산화탄소(CO2)의 농도가 높아서, 해로운 방사선이 크게 차단됐을 것으로 추정된다.

물은 생명체의 생존에 매우 중요한 요소다. 때문에 물의 흔적을 통해, 먼 옛날 화성에도 생명체가 살았을 것이라는 추정이 가능해진다.

1970년대 화성탐사선 바이킹은 토양에서 미생물을 탐색하는 임무를 가지고 화성으로 갔다. 하지만 명확한 결론으로 이어지지는 못했다.

1970년대 화성탐사선 바이킹은 토양에서 미생물을 탐색하는 임무를 가지고 화성으로 갔다. 하지만 명확한 결론으로 이어지지는 못했다

출처NASA / JPL-Caltech

2000년대 초에 발사된 나사의 화성탐사 로버들은 "물을 찾는" 임무를 수행했다. 그 결과 '오퍼튜니티'와 '스피릿'이 과거 화성에도 액체 상태의 물이 있었다는 지질학적 증거를 찾아냈다.

그리고 2012년 게일 분화구 지점에 착륙한 탐사로보 큐리오시티는 호수로 추정되는 흔적과 생명체의 구성 요소가 되는 (탄소가 함유된) 유기 분자를 찾아냈다.

이번에 발사된 퍼시비어런스는 생명 활동의 특징을 찾기 위한 장치들을 싣고 떠났다.

캘리포니아 패서디나 소재 나사 제트추진연구소(JPL)의 켄 윌리포드 박사는 "이것은 바이킹 호가 포문을 연 나사의 미션"이라고 말했다.

"바이킹은 외부 생명체, 즉 오늘날의 화성에서 살고 있는 생명체를 찾는 미션을 수행했습니다. 반면 최근 나사는 화성의 고대 환경을 탐사하고 있습니다. 자료를 기반으로 보건대, 초창기 10억년 동안에는 화성도 생명체가 살기에 적합했다는 추정이 섰기 때문이죠."

퍼시비어런스는 예제로 분화구에 착륙할 계획이다. 우주에서 관찰했을 때는 과거 물이 존재했던 흔적이 게일 분화구보다 더 뚜렷한 곳이다.

퍼시비어런스는 화성의 암반을 뚫어 분필 크기의 심을 추출한 다음, 용기에 밀봉해 지표에 남겨 두는 임무도 수행한다. 이 심은 추후 다른 로버가 지구로 가져와 분석될 예정이다. 이는 유럽우주국(ESA)의 '마스 샘플 리턴(Mars Sample Return)'이라 불리는 협력 프로젝트의 일환이다.

퍼시비어런스는 이와 함께 화성 표면에서 여러 연구를 수행한다.

예제로 분화구에는 화성에서 가장 잘 보존된 삼각주(물이 개방된 수역으로 흘러들어가면서 암석이나 모래 등이 쌓인 구조물)가 남아 있다.

윌리포드 박사는 "서쪽에서 흘러와 분화구 테두리를 관통한 수로가 있고 분화구 내부에는 아름다운 삼각주가 남아있다"며 "우리는 삼각주 바로 앞에 착륙해 탐사를 시작할 계획"이라고 말했다.

이 삼각주에는 북서쪽으로 뻗은 분수령은 물론 더 멀리 떨어진 상류에서 흘러온 모래 알갱이가 있는 것으로 추정된다.

윌리포드 박사는 "이 알갱이들을 뭉치게 한 물질에 당시 물과 모래가 상호작용을 했던 역사가 간직되어 있을 것"이라고 말했다.

"삼각주의 모래 알갱이를 뭉치게 한 물질은 당시 이곳에 살던 유기체들의 잠재적인 서식처였을 것입니다. 상류에 살던 유기체에서 떨어져 나온 유기물 조각이 유입되었을 수도 있고요."

예제로 분화구는 과학계가 오랫동안 관심을 가졌던 지역과 가깝다.

호주 샤크 베이의 스트로마톨라이트

출처Science Photo Library

그 동쪽에는 이시디스라고 불리는 거대한 분지가 있다.이시디스는 감람석과 탄산염에서 나오는 신호가 강력한 곳 중 하나다. 윌리포드 박사는 "이 지역을 목표로 정한 이유 중 하나가 탄산염 광물"이라고 말했다.

예제로 분화구의 광물은 퍼듀 대학의 브리오니 호건 박사와 웨스턴 워싱턴 대학의 멜리사 라이스 박사 등의 다른 과학자들이 조사했다.

그 결과 고대에 해안선이었을 것으로 추정되는 지역의 서쪽 가장자리에서 탄산염 침전물이 발견됐다. 이 침전물은 욕실 욕조에서 물이 빠지면서 비누 찌꺼기가 남는 것처럼, 화성 표면에서 물이 사라지면서 생긴 것이 아닌지 추정되고 있다. 스트로마톨라이트(단세포 광합성 미생물의 성장으로 생성된 층을 이룬 퇴적구조물. 고대 지구상에 생명체가 존재했다는 증거로 활용됨)도 이런 식으로 만들어졌다.

이런 구조물은 수많은 박테리아들이 층을 이루어 활동하다가 침전물과 섞여서 더 큰 구조물로 쌓일 때 만들어진다. 그 모양은 다양한데, 때로는 돔 형태도 나타난다. 지구에서도 햇빛과 물이 풍부한 고대 해안선을 따라 이런 구조물이 생겨났다.

예제로 분화구 지역은 수십 억년 전 이런 구조물이 생기기에 적합한 환경이었고, 지금도 그 흔적이 남아 있는 것으로 추정된다.

이를 확인하기 위해, 퍼시비어런스는 각종 장치를 활용해 탄산염이 풍부하게 남아 있는 암석을 조사할 예정이다.

셜록과 픽슬이 대표적인 장비다. 셜록은 바위의 세밀한 이미지를 포착하고 광물의 상세한 조성도를 제작한다. 픽슬은 원소 또는 화학적 구성을 상세하게 분석한 자료를 제공해주는 장비다.

윌리포드 박사는 이러한 자료들을 가지고 과학자들이 "광물과 분자, 유기물 등의 농도를 살펴볼 것"이라며 "특히 생명체가 존재했다는 가능성을 가진 농도가 있는지 살펴볼 것"이라고 말했다.

최대한 많은 자료를 확보하는 것이 필수적이다. 로보가 이러한 구조를 가진 광물의 이미지를 찍는 것만으로는 생명체가 존재했다는 확신이 불가능하다. 때문에 발견된 암석이 지구에 도착할 때까지는 '생명체의 잠재적인 흔적'으로만 설명될 가능성이 높다.

스트로마톨라이트 화석

출처Science Photo Library

윌리포드 박사는 스트로마톨라이트를 예로 들어, "미생물떼가 서로 엉켜서 불규칙하고 주름진 층들이 만들어질 수 있다"며 "이런 것들이 화석으로 남을 수 있고 카메라로도 볼 수 있을 것"이라고 말했다.

"하지만 층들 중에는 화학작용이 다르고 특정 층에 유기물질이 집중되어 있는 게 있을 수 있습니다. 우리가 찾고 싶은 게 바로 이런 생물학적 특징이죠."

물론 화성의 비밀이 쉽게 풀리지 않을 수도 있다. 이번 프로젝트에 참여하는 과학자들은 2019년 호주에 가서 34억8000만 년전에 형성된 필바라 지역의 스트로마톨라이트 화석을 연구했다.

윌리포드 박사는 "필바라에서 했던 것보다 더 열심히 살펴봐야 할 것"이라며 "필바라 지역을 연구할 때는 수십 년간 지질학자들이 해온 지식의 도움을 받았다"고 말했다.

"하지만 화성에서는 우리가 처음입니다."

과학자들은 호주에서 34억8000만 년전에 형성된 필바라 지역의 스트로마톨라이트 화석을 연구했다

출처Briony Horgan

하지만 만약 퍼시비어런스 로버가 스트로마톨라이트만큼 분명한 자료를 포착하지 못한다면 어떻게 될까?

지구에서는 화석화된 미생물을 개별 세포 수준까지 검출해 낼 수 있다. 하지만 이를 위해서는 과학자들이 바위 조각을 잘라내고, 그것을 종이 한 장의 두께로 갈아 미세 현미경으로 살펴봐야 한다.

현재의 기술로는 로버가 화성에서 이 일을 할 수는 없다. 물론 그럴 필요가 없을 수도 있다.

윌리포드 박사는 "미생물이 개별 단위로 활동하는 것은 매우 드문 일"이라고 말했다.

"화성에 존재했던 미생물이 지구 미생물과 같다면, 생명 활동을 하던 당시 세포 덩어리나 구조로 뭉쳐서 활동했을 겁니다. 이 정도 규모라면 로버가 탐지할 수 있을 것이고요."

과학자들은 로버가 분화구 바닥을 탐사한 후 테두리까지 탐사할 수 있기를 바라고 있다. 이 지역에서 채취한 암석을 지구에서 분석했을 때, 분화구를 만든 충격이 발생한 시기와 호수가 얼마나 남아있었는지를 추정할 수 있기 때문이다.

분화구 테두리가 중요한 또 다른 이유도 있다. 우주에서 커다란 물체가 물이 있는 바위에 부딪혀 바위를 파고 들어갈 때는 뜨거운 물이 뚫고 순환하게 된다. 이 뜨거운 물은 생명 활동에 필요한 성분인 바위의 미네랄을 물에 녹여 낸다.

윌리포드 박사는 "만약 그런 일이 일어났다면, 예제로 분화구에 생명체가 살 수 있는 환경이 만들어졌을 것"이라고 말했다. 이를 확인할 수 있는 증거는 분화구 가장자리에 보존되어 있을 것으로 추정된다.

과학자들은 로버가 분화구 바닥을 탐사한 후 테두리까지 탐사할 수 있기를 바라고 있다

출처NASA/JPL/JHUAPL/MSSS/BROWN UNIVERSITY

퍼시비어런스 로버는 이후 '시르티스'라고 불리는 인근 북동쪽까지 이동하는 "놀라운 목표"도 갖고 있다.

이곳은 예제로보다 더 오래된 분화구로 추정된다. 또한 예제로와는 다른 방식으로 생겨난 탄산염 흔적도 남아 있는 것으로 전망되고 있다.

이번 임무가 끝날 때까지 과거 생명체의 흔적이 발견되지 않더라도, 탐사는 끝나지 않는다. 탐사의 초점이 퍼시비어런스가 추출한 심으로 변경되고, 그 심을 지구로 가져와 연구가 진행될 것이다.

퍼시비어런스의 임무는 질문만 던지고 끝나는 것이 아니라, 해답도 찾아낼 수 있다는 기대를 받고 있다. 이 과정에서 엄청난 결과가 나올 수도 있다. 퍼시비어런스를 기다리고 있는 것이 무엇이든, 화성에 대한 이해의 새 국면이 눈앞에 와 있는 것이다.

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