외계문명 이야기

출처: 천리안 멋진신세계 게시판, 98/06/12
글쓴이: 이승우

먼저 이 글이 아이작 아시모프의 책에 근거하고 있으며, 제가 학부때 저희 대학교 BBS의 우주과학동호회에 올렸던 글임음을 밝힙니다. 그리고 이제 외계 문명을 찾는 작업을 하면서 주의할 것은, 우리 은하계만 대상으로 한다는 것과, 우리의 태양계, 우리의 지구를 우리 은하계에서 가장 평범한 것이라고 가정하자고 제안합니다. (달리 비교할 대상이 없기 때문이기도 하구요, 또 우리 태양이 그리 특별하지 않으므로 타당한 가정이라고 생각합니다.)
   우선 우리 은하계의 질량은 대략 태양의 3천억배 쯤 됩니다. (우리 태양의 은하 회전 속도와 중심으로부터의 거리를 계산하면 은하의 질량을 계산할 수 있죠.) 우리 태양을 평균으로 가정하자고 했으므로 우리 은하계의 항성은 모두 3천억 개입니다.
   물론 항성에는 생명이 살지 않죠. 생명은 행성에 삽니다. 행성은 어떻게 만들어졌을까요?
   우선 칸트, 라플라스의 성운설이 있는데, 우주 공간의 먼지나 가스 구름이 천천히 회전하면서 수축하고, 중심은 모여 태양이 되고, 가스 구름은 원심력으로 납작해져, 그 원반 부분에서 물질이 모여 행성이 되었다. 그렇다면, 항성은 반드시 테양계를 갖게 되겠고, 우리 은하계에 태양계는 아주 흔할 겁니다. 그러나 이 '성운설'은 질랴의 대부분은 태양에, 각운동량의 대부분은 행성에 집중되어 있다는 '희한한' 현상을 설명하지 못해 폐기되었습니다.
   그래서 나온 것이 격변설인데, 어느날 원시 태양 주위를 한 항성이 아주 가깝게 지나게 되고, 태양에서 물질이 조석력 때문에 끌려 나와 식어서 행성이 되었다. 그러나 이러한 일은 50억년에 은하계에 한 번 있을까말까한 일이어서, '격변설'이 옳다면 '태양계'라는 것은 아주 귀한 현상이 됩니다.
   그러나 태양에서 튀어나온 물질은 흩어지기 더 쉽겠죠. 오늘날은 굳이 말하자면 '수정 성운설'인데, 태양이 각운동량을 잃은 것은, 자기장이 행성계로 각운동량을 전달했기 때문이라는 겁니다. 우리는 성운설로 돌아왔고, 다행히 태양계는 흔한 것인가 봅니다.
   수정 성운설의 멋진 점은, 어떤 항성의 자전 속도를 측정했을때, 자전 속도가 느린 항성(태양은 거의 25~30일에 한 번 자전)들은 주위의 행성에 각운동량을 빼앗겼을 거라 추측할 수 있다는 거죠. 간접적으로 행성계가 존재할 확률을 제시해 준 겁니다!
   실제로, O, B, A, F0~F2형 항성은 자전 속도가 빠르고, G, K,M, F2~F9형 항성은 자전 속도가 느립니다. 자전 속도가 느린 항성은 약 93%, 그러므로 우리는 이렇게 결론내릴 수 있습니다.
우리 은하계 중 행성계의 숫자는 2800억 개이다.
p.s:실제로 우리는 별의 시선 속도, 흔들림 등을 측정하여, 몇 가지 행성계가 존재하는 '확증'을 잡았습니다. 백조자리 61번, 버너드별, 펄서 PSR 1257+12B, 글리세별, 큰곰자리 47번, 페가수스자리 51번, 처녀자리 70번, 게자리 55번, 러랜드 21185, 에리다누스자리 엡실론별, 크뤼거 60번A, 뱀주인자리 70번, HD 114762 등은 '확실히' 행성을 갖는 것으로 생각됩니다. (적외선 위성 IRAS는 이젤자리 베타별에서 만들어지는 태양계 원반을 촬영했죠.)
   우리는 이제 항성의 질량을 생각해야 합니다. '질량-광도 관계'에 의해 광도는 질량보다 큰 폭으로 증가합니다. 예컨대, 70태양질량의 항성이 있다고 합니다(관측의 한계치입니다). 이 별은 태양보다 40배 크지만 광도는 600만배나 되고, 생물권(생물이 살 수 있는 영역)은 항성에서 1천억 km나 떨어져야 합니다. 지구와 같은 조건이 되려면 궤도반경은 3660억km(명왕성의 62배), 한 번 공전하는 데 14500년이나 걸리지요. 도대체 이렇게 큰 태양계가 존재하는 지도 의심스럽지만, 더욱 치명적인 것은, 거대 항성의 전자기복사는 거의 UV, X선이라는 것과 (생명에는 치명적이죠), 결정적 약점은 70태양 질량의 항성은 50만년 후에는 초신성 폭발을 할 것이고, 행성 표면은 초토화될 겁니다. 그리고는 에너지를 주지 못하므로,생명 진화는 불가능하죠.
   그러면 1/16태양질량 정도라면 어떨까요? 이 항성은 광도가 태양의 1/100만배이고, 어떤 행성이 지구와 같은 조건을 가지려면 궤도반경이 30만km여야 합니다(항성 표면에서 15만km라는 뜻입니다.). 이 행성은 공전 주기가 1.1시간입니다(대단하죠?). 항성의 전자기 복사는 거의 적외선이고요.
   치명적 약점은, 조석력입니다. 지구에 작용하는 달의 기조력의 15만배나 됩니다. 이 행성은 곧 달처럼 '동주기 자전'을 하게 될 것이고, 항성을 보는 면은 끓는점이상으로 가열될 것이고, 반대쪽은 어는점 이하로 떨어질 겁니다. 또한 경계선 지역이 있다해도, 곧 대기를 상실할 운명입니다.
   그러므로 항성의 질량이 적당해야 합니다. 그 수준은 0.33태양질량 ~ 1.4태양질량 정도이고, F2 ~ M2 사이에 있습니다. 이들은 우리 은하계 항성의 25% 정도됩니다. 그러므로 우리는 다음과 같이 결론내릴 수 있습니다.
우리 은하계에 적당한 항성 주위의 행성계의 수는 750억 개이다.
   우리 은하의 항성계 중 40%만이 단독성이고 그 외 60%는 다중성입니다(우리 태양은 전자에 속하죠.). 그 중 33%는 작은 별과의 쌍성, 24%는 각각 복합 쌍성 3%는 거성과의 쌍성입니다.
   그러므로 750억 개 중 300억 개는 단독성, 250억 개는 작은 별과, 180억 개는 복합 쌍성, 20억 개는 거성과 쌍성입니다.
   우선, 쌍성계가 행성을 갖는 것은 가능할까요? 왜냐 하면, 쌍성은 단독성에 비해 행성계 생성시 항성에 의한 포획이 활발했을 테고 행성의 재료가 부족했을 것이기 때문이죠. 그러나 백조자리 61번은 쌍성으로, 61 Cygni A가 최소 6목성 질량, 12목성 질량의 행성을 갖고 있고, B가 7목성 질량의 행성을 갖는다고 보고되었고, 알파 Centauri A와 B의 거리는 17~53억 km나 되어, 두 항성 사이에 행성이 있다해도 문제는 없을 겁니다. 쌍성이 행성계를 갖는 것이 불가능한 일은 아니며, 또한 쌍성계 내에 태양과 유사한 별이 하나 있고, 두 별의 거리가 생물권의 3.5배 이상만 된다면 충분히 가능합니다.
   또한 알파 Aurigae는 A와 B의 거리가 8400만 km밖에 안되어 한 별을 공전하는 행성은 안정한 궤도를 갖지 못하지만, 행성이 두 별의 질량 중심에 대해서 공전하는 것은 가능합니다. (아이작 아시모프의 걸작 '나이트폴'에서는 '칼개시'라는, 7중성계의 행성이 나옵니다. 이 작품은 가상 환경에서 인간의 집단 심리를 사실적으로 그려낸 것으로 유명한 SF의 걸작입니다.) 하여간, 거성과 쌍성인 20억개는 뺍시다. 그리고 복합 쌍성 중에서 2/3는 제외하고, 작은 별과 쌍성인 것들은 1/3을 제하면, 그 행성계에서 안정한 궤도를 갖는 행성이 존재할 확률을 타당성있게 얻어낼 수 있을 겁니다. 그래서 우리는 다음과 같이 결론 내릴 수 있습니다.
생명체가 살 수 있는 생물권을 갖는 항성의 수는 520억 개이다.
   이렇게 해서 항성에 안정한 궤도를 갖는 행성이 있다 해도 문제가 되는 것은, 생명체는 수소나 헬륨으로 되어 있지는 않다는 거죠. 우리의 몸은 탄소, 질소, 산소, 수소 등올 이루어져 있습니다. 수소, 헬륨 등은 빅뱅에서 만들어져 우주 어디에나 있지만, 탄소, 산소 등은 항성의 내부에서 핵융합된 것입니다. 생명이 탄생하려면 그 행성계가 형성될 때 구름 속에 중원소가 많이 있어야 합니다. '종족 2'라고 불리는 별들은, 아주 오래된 것들로 대부분 수소, 약간의 헬륨을 갖는 아주 오래된 별들이고, '종족 1'이라고 불리는 별들은 은하의 나선팔에 집중되고 가스와 먼지 구름이 많으며 중원소가 풍부한 젊은 별들입니다(우리 태양은 종족 1이죠.) 또한, 종족 1 중에서도 제 2 세대여야 하는데, 왜냐하면 항성 내부에서 융합된 중원소는 모항성의 초신성 폭발에 의해 우주 공간으로 내보내져야 하기 때문이죠... 우리 은하의 나이를 100억년, 태양의 나이를 50억년으로 보면, '종족 1'의 항성은 우리 은하계 항성의 약 20%, 그 중 절반이 제 2세대의 항성이 되므로 우리는 다음과 같이 결론내릴 수 있습니다.
태양을 닮고 생물권을 가진 제 2세대 종족 1의 항성은 52억 개이다.
   혹시 행성이 존재하는데, 만약 그 행성계의 행성은 모두 모항성에 아주 가깝거나, 아주 멀다면, 생명에 적합하지 않을 것입니다.
   그래서 행성은 어느 범위 안에 있어야 하는데, 이것을 '생물권'이라고 부릅니다. Dole은, 생물권의 범위는 약 1억 km라고 추정합니다. (우리 태양계의 경우입니다.) 그렇다면 금성, 지구, 화성이 모두 들어가게 되는데, 그의 말로, 금성은 너무 덥고, 화성은 너무 춥지만, 둘 다 생명이 살기에 아주 불가능하지는 않다는 겁니다. 반면 Hart는 기껏해야 1천만 km로 계산하는데, 그렇다면 지구의 위치는 정말로 최고로 운이 좋은 것입니다.
   Dole에 따르면 생물권에 행성이 있을 확률은 1, Hart에 따르면 생물권에 행성이 있을 확률은 0.1입니다. 그래서 우리는 0.5 정도로 잡읍시다. 그러면 우리는 다음과 같이 결론내릴 수 있습니다.
유용한 생물권을 갖고, 그 안에 적어도 한 개의 행성이 돌고 있는 제 2세대 종족 1의 항성은 26억 개이다.
   이제 우리 태양계를 생각해 보아야 겠죠.
   우리 태양계의 생물권 이라 부를 만한 공간 안에는 천체가 '4개' 있습니다. (가끔 지나가는 소행성은 제외하고...)
   우선 행성은 아니지만 달과, 0.82 지구질량의 금성, 0.11지구질량의 화성, 그리고 지구가 있죠. 이 중 달과 화성은 질량이 너무 작아서 충분한 기압을 유지하기에는 대기가 부족합니다. 화성보다는 무거워야 적당한 대기 밀도를 갖을 것입니다. (아마 0.4지구 질량 이상은 되어야 할 겁니다) 우리 태양계를 기준 삼아 1/2이라고 합시다. 그러므로 우리는 다음과 같이 결론내릴 수 있습니다.
생물권 안에 지구와 같은 행성이 존재하고 태양ㅇ과 유사한 제 2세대 종족1의 항성은 13억 개이다.
   이제 우리는 생명 진화에 불리한 극단적 조건을 제외해야 합니다.
   예컨대, 어떤 행성이 생물권 안에 있다고 해도 이심률이 아주 커서 모항성과의 거리 변동이 심하다거나, 자전축이 공전축에 직각이라거나(천왕성처럼) 자전 속도가 매우 느리다거나 질량이 조금 커서(1.5지구질량이상이면) 생성 초기에 물을 지나치게 많이 모아서 행성 전체가 대양으로 덮여 있다거나 대기가 너무 두껍거나(온실 효과든지, 일사량 부족이든지) 대기가 너무 얇거나(방사선 투과가 심하겠죠) 이런 것들을 모두 제하면 지구와 유사한 조건은 1/10 정도 됩니다. 그러나 지구와 완전히 똑같을 필요는 없으니까 1/2 정도가 '생존 가능' 수준이라고 합시다. 그러므로 우리는 다음과 같이 결론내릴 수 있습니다.
우리 은하계 내 생명 존재 가능한 행성의 수는 6억 5천만 개이다.
p.s:최근 미국 카네기 연구소 웨제릴 박사팀은 태양과 유사한 항성에서 생물권에서 지구형 행성이 발생할 확률을 5~15%로 계산했습니다(Newton 10월호). (우리는 그것을 12.5%로 계산한 셈이니까 우리의 추론 과정이 타당했음을 보여주는 것이겠죠.)
   이제 조건은 다 갖추어진 셈인데, 한 가지만 남은 셈이죠. 과연 생명이 발생할 것인가? (여기서는 생명체의 '자연발생설'만을 논하겠습니다.) 아레니우스의 '판스퍼미아설'도 결국은 우주의 어디에선가 생명체가 발생했다는 것이 되므로 자연발생설에 귀착이 됩니다.
   우리는 교과서에서 1930년대 오파린의 가설을 배웠습니다. 그러나 삐에르 르꼼므 드 뉘(1947)는 생명의 자연 발생을 확률적으로 계산하여 20가지 아미노산 100개가 모인 단백질 고리의 생성 확률은 10^130분의 1로 계산했습니다. (보통 단백질은 이보다 더 복잡합니다)
   그와 같은 확률에 돈을 거는 바보는 없겠지요. 하지만, 생명 활동에서 분자의 결합은 그렇게 무작위적으로 일어나지는 않습니다. 어떤 원자는 어떤 원자와 친화력이 더 강한 법이지요.
   1952년의 밀러의 실험은, 아미노산의 자연 생성 가능성을 제기했고, 1969년 머치슨 지방에 떨어진 운석에서는 18종의 아미노산이 검출, 1971년에는 상간 분자운에서 메틸알코올이 발견되었습니다.
   이 모든 증거들은 우주에 유기물이 생각보다 흔하다는 것과, 유기물의 자연 합성이 그렇게 어려운 것이 아니라는 증거가 됩니다.
   어쩌면 생명이라는 것은 조건이 잘 갖춰지면 적당한 시간이 흐른 후 저절로 발생하는 것인지도 모릅니다.
   우리의 태양의 수명은 120억년 정도로 생각됩니다. 그렇다면 태양은 그 기간 동안 지구의 생명체에 에너지를 공급할 수 있다는 뜻이 됩니다.
   지구에서 최초의 생명은 태양계 생성 후 10억년이 지나서 탄생한 것으로 생각됩니다. 이것은 태양의 총 수명의 8%가 지난 시점입니다. 그러므로 우리는 다음과 같이 결론지을 수 있습니다.
우리 은하계에서 생명을 갖는 행성의 수는 6억 개이다.
   '생명'이라는 말은 반드시 E.T.를 뜻하는 것은 아닙니다. 아메바나 박테리아도 포함되는 것이죠. 분명히 이들은 우리의 대화 상대가 아닙니다.
   지구 탄생 후 40억년이 지나서야 다세포 생물이 나타났습니다. (지구가 갑자기 우주적 파국을 당하지 않는다면, 나머지 80억년 동안은 다세포 생물이 살거라 생각할 수 있죠.)
   그러므로 다세포 생물을 갖는 행성의 수는 4억 3300만 개입니다.
   그러나 다세포 생물이라고 똑똑한 것은 아니죠. 큰 뇌를 발달시키지 못하면 지적일 수 없습니다. (또는 뇌의 역할을 할 수 있는 다른 기관 - 그러나 지구에서는 그러한 기관이 확인된 적은 없습니다.)
   물 속에 사는 생물은 몸체가 유선형이어야 하므로, 기관이 제한되고, 정교한 지적 가관이 발달하지 못합니다. ('상어 대가리'란 말이 있죠?) 그래서 바다에서 진화한 생물 중 가장 지적인 것은 문어 정도입니다. 돌고래가 있다고 하실 지 모르지만 돌고래는 바다에서 진화한 생물이 아니죠.
   생물은 42억 3천만년 후 육지에 상륙했습니다. 그러므로 육상 생물이 풍부한 행성의 수는 4억 1600만 개입니다.
   육상 생물이라고 다 똑똑하지는 않죠. '개나 소나', 뭐 이런 것들은 똑똑하지 않죠. 800만년 전에, 영장류 중 똑똑한 종이 나타나기 시작했습니다. 그러므로 지적인 생물이 진화한 행성은 3억 9000만 개입니다.
   문명이 74억년간 존속되고, 우주 비행으로 다른 천체에 가게 되는 시간이 5000년이라면 (이것은 지구 얘기입니다) 행성 탄생에서 문명 발생까지 걸리는 시간의 150만분의 1, (문명 탄생에서 우주 비행 문명 발생까지)
   다시 말해서, 3억 9000만 개 중, 260개만 우리 수준으로 미개하고, 나머지는 우리보다 진보한문명이라는 얘기입니다.
   그러나 이 모든 추론을 무색케 하는 질문이 있습니다.
'그러면, 그들은 모두 어디에 있을까?'
   바로 이 질문입니다. 3억 9000만 개는 우리 은하계에 아주 일정하게 분포되어 있다면 약 40광년 거리, 이것은 그렇게 먼 거리는 아닙니다. 그렇다면?
   혹, 우리의 태양, 태양계, 지구에 너무나 특별한 것이 있어, 우리를 '평균적'으로 전제한 것이 잘못은 아닐까요?
   한 때 혹시 '달'이라는 터무니 없는 위성이 어떤 작용을 해서 지구에 생명이 발생하게 되지는 않았는가 하는 생각이 있었습니다. 이를 테면, 지구의 쌍둥이라 할 금성은 생명이 없죠.
   그러나 금성은 물의 광분해가 지구보다 활발했고, 그렇게 분해된 산소는 메탄과 화합, 두꺼운 이산화탄소 대기를 만들었죠. (지구도 마찬가지였겠으나, 생물 활동이 이산화탄소를 석회암으로 바꾸어 버렸습니다 - 달 때문은 아니죠.)
   달의 조석 작용으로 육상 생물이 출현했을까요? 그러나 4억년 전 육상 생물의 출현은 지구의 오존층이 완성되었기 때문으로 보입니다.
   달 때문은 아닌 것 같고요. 그렇다면 그들은 모두 어디 있을까요? 왜 지구는 그들과 접촉하지 못하는 걸까요?
   어쩌면 지성을 가진 종의 탄생 조건이 너무나 어려워서 불가능에 가까울지도 모릅니다.
   예를 들어 크기가 적당해야죠(몸이 너무 크면 몸이 두뇌를 압도하죠.) 혹시 지능을 가진 종이, 지능은 없으나 몸집이 작고 번식이 뛰어나고 수명이 짧은 종과 경쟁한다면? 상당히 불리할 겁니다. 인류조차 곤충을 이기지 못하죠. 그러나 진화는 '경향'이 있는 것 같습니다.
   지능이 있고 문명을 이룩할 수 있는 지성체는 그가 거주 가능한 행성에서 충분한 시간이 지나면 필연적으로 발생할 겁니다.
그렇다면, 정말 그들은 어디 있을까요?
   우리는 문명이 74억년 동안 존재한다고 가정했습니다. 그러나 여러분은 우리 문명이 74억년 동안 지속될거라고 믿을 수 있습니까?
   문명에는 위기라는 것이 있습니다. 인간은 지구상의 어떤 종보다도 투쟁적이며, 원한을 품을 정도로 지능적입니다(동물은 먹이를 뺏겼다고 기억해 두었다가 보복하지는 않죠.) 물질 문명은 색다른 것에 소유의 가치를 부여했고, (동물은 먹이만 가지고 싸우지만 인간은 그렇지 않죠) 또 진보한 기술은 효과적 투쟁력을 줍니다(총, 대포, 핵폭탄,...)
   전쟁이 아니래도 인구 폭발, 에너지와 자원 감소, 환경 공해,... 인류가 100년이 못 가 멸망할 이유는 100가지도 더 될 겁니다. 그러면, 한 지능을 가진 종이 행성 탄생 46억년 후에 태어나 60만년 동안 진화하다가 멸망하고, 행성은 황폐화되어 불모지가 되어 버린다면,(이것은 우리 이야기일 수도 있습니다)
   6억 5000만의 생명이 있는 행성 중 32500개에 호모 사피엔스와 동등한 종이 태어났습니다. 540개에서는 농경이 시도되고 도시가 발달했습니다. 270개에서는 문자가 발명되었고, 20개에서는 과학 혁명이 일어났으며, 10개의 행성은 산업 혁명을 경험했고, 2개의 행성은 핵에너지를 개발했습니다. (물론, 이 둘은 멸망 직전에 있죠. - 하나는 우리고)

   반론이 있습니다! 인류에게는 투쟁도 있지만 협동과 자기 희생도 있습니다. 동물은 자신을 희생하며 사랑을 베푸는 짓은 하지 않죠. 멸망을 걱정할 만큼은 머리가 있고 노력할 만큼 현명합니다.
   우리, 한 문명이 100만년은 지속된다고 합시다. (우리도 똑똑하다면 이 정도는 살 수 있어요) 초신성 폭발이나, 우리 문명이 아직 겪지 못한 내적 위험, 대운석 충돌 등 문명이 언젠가는 멸망하게 될 겁니다. 또 권태 때문에 어이없이 무너질 수도 있습니다.
   또 우리가 멸망했다해도 1~2억년 후에 다른 존재가 새로운 문명을 일으킬 수도 있습니다. 주계열성이 빛나고 있을 동안 한 행성에 평균 10세대의 문명이 명멸할 수 있다고 합시다(무리한 추론은 아닙니다.) 그렇다면, 행성의 총 문명 지속 시간은 1000만년이고, 우리는 다음과 같이 결론내릴 수 있습니다.
우리 은하계에서 기술 문명이 존재하는 행성의 수는 53만 개이다.
   53만 개의 행성이 반경 5만 광년의 우리 은하계 안에 아주 평균적으로 존재한다면, 그 평균 거리는 630광년이 됩니다. 그런데, 우리의 추론이 옳았다면, 그들은 왜 우리를 방문하지 않을까요?
   또, 그들은 어떻게 생활할까요? 적어도 자신의 세계에서 부당한 폭력을 억누를 수 있는 문명은 평화의 가치를 알 것이므로, 다른 행성을 침략하지는 않을 것입니다.
   어쩌면 이미 지구를 방문했는지도 모르죠. Gold는, 우리는 35억년 쯤 전에 지구를 방문한 우주인들이 버리고 간 쓰레기에 살덩 박테리아의 후손이라는 농담도 했죠. 어쩌면, 클라크의 '2001년 오디세이'처럼 우리 문명의 발전을 도와 주었는지도 모르죠. U.F.O.라는 설명되지 않는 현상도 있고,
   하지만, '미확인된 비행 물체'는 분명히 있지만, 그것이 외계의 우주선이라는 비약은 도저히 믿기 어려우며, 그 목격담이 극적일 수록 더욱 믿을만하지 않습니다. (U.F.O.에 납치되어 외계인과 섹스를 했다거나, 등등...) 그들이 평균 630광년의 먼 거리를 뭐하러 날아왔겠습니까?
   우리의 우주 시대는 1957년 부터 시작되었고, 우주세기 13년에(이렇게 불러도 좋을 지 모르지만) 인간은 달에 착륙했습니다. 인간은 달보다 멀리 갈 수 있을까요?
   콜롬부스는, 500년 전 아메리카 대륙에 도착하는 데 7주나 걸린반면, 달은 너무나 가까워서 3일 밖에 걸리지 않았죠.

   다음으로 가까운 천체는 '금성'입니다. 금성은 가장 가까울 때는 4000만 km 떨어져 있죠. 사실 아폴로 우주선(콜롬부스 속력의 1300배)의 70배 속력이면 3일이면 갈 수 있습니다. 하지만 연료는 둘째치고 인간이 700G의 가속도를 견디지 못할 겁니다.
   우리는 다른 천체에 가기 위해 독일의 공학자 호만이 계산한 '호만 궤도'를 따라가야 하고, 잘하면 금성까지 4개월에 갈 수 있습니다. 이것은 못 견딜만한 것은 아니지만, 금성은 착륙이 불가능하기 때문에, 8개월을 우주선에 갇혀 지내야 합니다.
   '바이오스피어II'실험에서 가장 큰 문제는, 고립감과 팀 구성원의 인간 관계 였습니다. 그 경험이 행성 유인 탐사에 적용될 수 있겠죠.
   수성은 태양 복사가 지구의 4배나 되어 위험할 수 있고, 가장 적당한 목표는 우리에게 친숙한, 화성이 됩니다. 그 거리는 5800만km죠(가장 가까울 때) 화성 유인 비행은 우리의 기술의 한계에 있습니다. 불가능한 것은 아니지만, NASA의 계산으로, 지금 화성에 왕복 유인 우주선을 띄운다면 4000억 달러가 든다고 합니다.
   우선 우주정거장을 완성해야죠(알파 프리덤). 그리고 할 수 있다면 원자력 로켓 연구를 완성하는 것도 좋구요. 아니면 귀환 연료를 화성에서 현지 조달하는 방법도 있습니다. (그러면 비용은 비약적으로 절감됩니다. - 이번 뉴스위크를 보세요.) (귀환 연료를 호화성에서 현지 조달하는 계획은 지난번에 화성 유인 탐사라는 글에 올린 적이 있습니다)
   장래는, 새 우주 탐험 기지가 필요합니다. 달 궤도 위에는 그 60도 앞뒤로 L4, L5라는 안정된 지점이 있습니다. (3체 문제를 계산한 위대한 수학자 라그랑지를 기념하며) Oneil교수는 그 지점에 우주 도시를 건설하자고 합니다. 휘발성 원소는 대부분 지구에서 실어와야 하지만, 건축 자재의 대부분은 달에서 조달합니다. (달에서 우주로 물체를 띄우는 데는 에너지가 지구에서보다 1/20만큼 적게 듭니다. - 우주 정거장보다 유리하죠) 장기적으로 휘발성 원소는 지나가는 혜성을 잡아 이용할 수 있을 겁니다. (클라크의 <2061년 오디세이>에는 핼리혜성의 물을 퍼서 우주선의 연료로 사용하는 '멋진' 장면이 나오죠.)
   우주 도시의 운석 충돌 위험은 사실은, 지구에서 화산이나 지진의 위험보다 적으며, 지구 궤도의 태양 발전소에서 에너지 공급도 가능할 겁니다.
   그렇게 해서, 인류는 2세기 내에 태양계를 '점령'할 겁니다. (장담하죠.)

   문제는 항성간 비행입니다. 명왕성의 궤도 직경은 10.93광시 떨어져 있지만, 켄타우루스자리 알파별은 4.40광년이나 됩니다. (이 거리 차이는 상상할 수도 없는 겁니다.) 혹시 빛의 속도에 가깝게 가속한다고 해도, 가속과 감속에 각 1년, 탐사에 1년이 걸린다면, 총 11.8년이 걸리는 긴 여행이 되는 겁니다. 더구나, 1년 동안이나 가속, 감속할 수 있는 에너지는 어디서 얻죠?
   만약 우리가 '변환 기술'을 발명한다면, 우리와 우주선을 몽땅 광자로 변환시켜 여행을 했다가 도착했을 때 다시 하드론으로 우리 몸을 바꾸는 방법도 생각해볼 수 있겠지만, 그건 아직은 꿈과 같은 일일 겁니다. (우리가 광속도로 움직이면 시간을 느끼지 못할 겁니다.)
   다행히, 아인슈타인의 이론에 의해 우주 여행자는 광속에 접근하면서 '시간 팽창'의 이점을 누립니다. 0.98c로 비행하는 우주선 내의 시간은 정지 상태의 1/5의 속도 밖에 안되고, 만약 1G로 계속 가속할 수 있다면, 우주선 내 시간으로 60년이면 안드로메다 은하에 편도 비행할 수 있습니다. (1G로 가속하면, 좋은 점은 우주선의 사람이 가속을 '전혀' 느끼지 못한다는 겁니다.)
   앤더슨의 소설 <타우 제로>에서 고장으로 멈추지 못하는 우주선을 탄 사람들은 우주의 수축과 다른 빅뱅까지 목격하죠.
   문제는 역시 에너지 입니다. 우리가 개발한 가장 효율적인 에너지 공급기인 '원자로'는 질량을 에너지로 변환시키지만 그 비율은 아주 미미합니다. 핵융합 기술조차 0.7%만 에너지로 변환할 수 있죠. (질량을 에너지로 변환시킨다는 생각도 역시 아인슈타인에게서 나왔습니다.)
   최근 100%의 질량을 에너지로 변환시키는 방법을 고려 중인데, 그것은 물질과 반물질을 충돌시키는 거죠. 하지만 아직은 반물질 생산이 그렇게 쉬운 것이 아닙니다.

   포워드의 소설 <로슈왈드>에는 기가 막힌 아이디어가 나옵니다. 수성 궤도에 설치한 1000개의 태양 발전소에서 만든 레이저를 지구 궤도의 집중 장치에 모으고 토성 궤도의 거대한 볼록렌즈로 다시 한 번 집중시켜서 항성간 우주선을 강력한 레이저로 밀어 붙이자는 것입니다. 이 방법의 장점은 우주선이 에너지를 싣고 갈 필요가 없기 때문에 우주선의 질량이 비약적으로 감소된다는 것입니다.
   <타우 제로>의 항성간 우주선은 '항성간 램제트' 엔진입니다. 우주 공간은 완전한 진공이 아니기 때문에 우주선의 앞에 큰 집진 장치를 달아 우주의 풍부한 수소를 모아서 우주선에서 핵융합시키고 만들어진 헬륨을 쏘아서 추진한다는 것, 단, 우주는 매우 희박하기 때문에 집진 장치의 지름이 수천 km가 되어야 합니다.
   그러나 이 모든 항성간 우주선의 아이디어는 가능하다고는 해도, 우리의 기술 수준이 아니며 (아직 우리는 핵융합도 성공시키지 못하고 있습니다) 사용되는 에너지가 너무 거대하기 때문에 도덕적으로도 용납될 지 의심스럽습니다.

   그래서 달리 생각해 봅시다.

   3000km/s의 속력이라면 켄타우루스 알파까지 900년 걸립니다. (이 속도도 가장 빠른 우주선의 - 무인 - 40배가 넘습니다) 어쩌면 고도로 조직된 사회는 인공 지능 로봇 탐사선을 건조하여 문명의 장래에 대한 일종의 투자로서 항성간 우주를 탐사할지도 모릅니다.
   클라크의 <낙원의 샘>에는 갑자기 태양계에 날아든 외계의 로봇 탐사선이 지구의 문명을 완전히 바꿔 버리죠. 이 탐사선은 수천년 간 작동하면서 계속 모행성계로 탐사 결과를 보내는 겁니다.
   아니면 완전 자급자족할 수 있는 거대한 우주선을 띄우고 거기서 사람들이 대를 이어 가면서 여행하는 방법도 있습니다. 하인라인의 <우주>에는 켄타우루스 알파를 탐사할 목적으로 건조된 세대 우주선이 수백년이 흐르면서 목적을 상실하고 완전히 암흑 사회가 된다는 재미있는 발상이 나옵니다.
   문제는 왜 그런 일을 해야 할까요? 호기심 때문인지도 모릅니다. 더 문제는, 누가 그 일을 하고 싶어 할까요?
   아직 우리는 다른 항성에 가기는 너무 역량이 부족합니다. 모르긴 해도 다른 이들도 힘들기는 마찬가지일 겁니다.

   오는 것도 가는 것도, 그다지 믿을 수 없다면 편지를 보내는 방법은 어떨까요?
   일찍이 천재 수학자 가우스는 중앙 아시아에 큰 인공 삼림을 조성하되, 나무를 피타고라스의 정리 모양으로 심어 화성인들에게 지구에도 지성이 존재한다는 것을 보여주자고 제안했습니다. 미국의 발명가 크로스는 큰 거울로 화성에 모르스 신호를 보내자고 했고요. (화성인이 모르스 신호를 알아야 하겠지만)
   사실, 물체 메시지는 이미 발송되었습니다. (파이오니어에는 그림 편지가, 보이저에는 레코드판이 들어있죠)
   물리학자 다이슨은 그가 제안한 '다이슨 구'에서, 우주에 그와 같은 구조물이 있다면 적외선을 방출할 거라 했고, 어떤 항성의 가시광 복사가 갑자기 적외선으로 바뀌면, 어떤 지성이 그들의 행성계를 개조했다고 생각할 수 있겠죠.
   외계의 메시지에 대한 가능성은 셋 입니다.

  1. 외계에서 보낸 신호를 듣는다는 따위의 터무니없고 가망성 없는 일을 고민할 필요 없다.
  2. 신호는 발신되지 않았고, 고민하지 않는 것이 좋다.
  3. 신호가 보내지기는 하지만, 문명 활동이 작고 에너지량이 너무 적어서 많은 노력이 필요하다.

1, 2는 우리의 고려 대상이 아니고, 만약 3이라면,

  1. 메시지판, 탐사선, 세대 우주선 또는 자유 행성
  2. 질량을 가진 아원자 입자
  3. 질량 없는 아원자 입자

   세 가지 방법이 있을 겁니다. 그러나 1, 2는 모두 빛의 속도에 제한 받으며, 많은 에너지가 사용됩니다. 그러므로 3을 고려해야 합니다.

   질량 없는 아원자 입자는 중성미자, 광자가 있지요.
   그러나 중성미자는 워낙 검출하기 어렵기 때문에 굳이 통신 수단으로 사용하는 문명은 없을 겁니다.
   빛은 만들기도 쉽고, 수신하기도 쉽지만, 애석하게도 멀리 가지 못하며, 성간 물질에 흡수, 산란되죠.
   만약 우리가 어떤 천체를 관측하고 있는데, 이런 신호가 온다면 분명히 지적 생물이 보낸 겁니다! (이 배열은 '소수'이고 절대 자연적으로는 나올 수 없죠.) 세이건의 <콘택트>에서 외계 지성이 보낸 신호의 첫번째 부분은 '소수'로 시작됩니다. 이 신호를 보내는 것이 지적 생물이라는 것을 강조하고 이후 계속될 메시지에 대한 주의를 끌기 위해서였죠.
   아마 지적 생물은 - 우리 처럼 - 전파를 사용할 겁니다. 전파는 낮은 에너지 준위를 갖고, 수신이 쉬우며, 성간 공간에서 사라지지 않고, 쉽게 균일한 형태로 만들 수 있습니다. 무엇보다 메시지 전달을 위한 변조가 쉽죠.
   그렇다면 그들은 어떤 파장을 취할까요? 다른 것은 몰라도, 수소 원자의 21cm 파는 은하 전체에서 나오는 것이므로 우리 은하에서는 어디서나 수신할 수 있습니다(은하의 나선 구조도 이것으로 발견했죠.) '전파'라는 것을 아는 우주인은 반드시 '21cm파'를 알 것이고 그것을 수신하는 장비도 있을 것입니다.
   그래서 우리는 21cm전파를 주목하고 있습니다. 실제 'SETI'에 사용되는 파장은 17 ~ 21cm이고, '물구멍'이라고 부르고 있습니다.
   1960년 오즈마 계획, 1971년 사이클롭스 제안 등의 노력이 진행 중입니다. SETI(Search for Extraterrestrial Intelligence; 지구외 지성 탐사 계획)의 노력은 적은 자금으로 용케도 지속되고 있습니다.
   풍부한 에너지를 사용할 수 있는, 가깝고, 태양과 비슷한, 단독성은 20광년 안에 7개가 있습니다.
   에리다누스 자리 엡실론별, 고래자리 타우별, 용자리 시그마별, 공작자리 델타별, 에리다누스자리 82번별, 뱀자리 베타별, 제타 Tucanae. 1000광년 안에는 50만개가 있습니다. 우리는 다음 세기에는 외계 지성과 연락할 수 있을 지도 모릅니다.

그런데, 왜 그와 같은 노력을 해야 할까요?
   우리는 왜 돈을 들여 있을지도 없을지도 모르는 외계 문명과 통신을 위한 노력을 기울여야 할까요?    외계 문명을 수색한다는 것은 전 인류를 하나되게 만드는 것입니다. 우리는 이 위대한 사명을 감당하기 위해 단결해야 합니다.    모든 탐사가 실패로 끝난다면, 그것은 우리의 세계를 더욱 값지게 하고 (우주에서 유일하게 문명이 존재하는 우리의 행성을) 이 세계를 파괴하는 유치한 분쟁을 그치게 할 것입니다.    탐사 중에 얻게 될 전파천문학의 지식과 기술들은 우리의 지식 창고를 더욱 풍부하게 할 것이고,    만에 하나, 외계 생물의 신호를 알게 되었을 때, 그것을 해석할 수 없다 해도 얼마나 가치있는 일이겠습니까? 그들이 자멸하지 않고 그 수준에 이르렀다는 것만도 가슴뛰는 소식일 겁니다. 우리도 그와 같이 살아남을 수 있다는 희망도 줄 것입니다. 또한 그 메시지 만으로도 행성의 자전, 공전 주기, 온도 등 다양한 물리적 정보를 줄 것입니다.    그 메시지를 해독한다는 것은 흥미있는 도전거리가 될 것입니다. 언어학자, 수학자, 인류학자가 총동원될 겁니다. 그들은 우리에게 유용한 정보를 줄 수도 있습니다. 만약 해독한 결과 그들이 사악한 존재라면, 우리는 침묵하기만 하면 됩니다.    (그러나 다른 행성에 통신을 보내는 존재가 사악할리는 없습니다.)    그리고 언제인가 광속의 한계가 무너지고 합리적이고 선량한 '은하 연방'이라는 것이 구성되면 인류가 해낸 성공적 메시지 해독과 응답한 용기는 회원권을 얻게 되는 특전으로 작용할 수 있을 것입니다.
"인류를 고대하는 대우주를 온전하게 물려줄 수 있도록 다 함께 노력하자. 인류 뿐이라면 홀로 애쓸 것이며, 다른 문명이 존재한다면 그들과 함께."

- 아이작 아시모프

   그동안 읽어 주셔서 감사합니다.

   하드리안 이었습니다...



대지는 인간의 요람이다. 그러나 언제까지나 요람 속에서만 살 수는 없다.

- 콘스탄틴 에두아르도비치 치올코프스키