생명체 거주가능 영역
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천문학에서 생명체 거주가능 영역(生命體居住可能領域, habitable zone, HZ)은 지구상의 생명체들이 살아가기에 적합한 환경을 지니는 우주 공간의 범위를 뜻한다. 거주가능영역은 크게 두 가지 개념으로 나눌 수 있다. 첫째는 행성계 차원이며 두번째는 은하 차원이다. 앞의 두 영역 내에 존재하는 행성이나 위성은 생명체 거주 가능 구역이 될 수 있는 일순위 후보이며 우리 지구와 비슷한 생명체를 품을 수 있는 가능성이 있다. 천문학자들은 항성계 내에 있는 항성 주위 생명체 거주가능 영역(circumstellar habitable zone, CHZ)이나 큰 규모의 은하 내에 있는 은하 생명체 거주가능 영역(galactic habitable zone ,GHZ)에서 생명이 태어날 확률이 크다고 생각한다. (후자에 대한 연구는 아직 초보 단계에 머물고 있다) 생명체 거주가능영역(이하 HZ)은 '그린벨트', '골디락스 지대', '생명체 영역', '생태권' 등으로도 불린다. 여기서 골디락스 지대란 너무 차갑지도 않고 뜨겁지도 않은, 적당한 온도의 지대라는 의미이다. 우리 태양계의 경우 HZ는 0.95에서 1.15 천문단위 범위이다.
글리제 581 주위를 돌고 있는 글리제 581c(지구에서 20광년 떨어져 있음)는 이론상으로 HZ 이내에 자리잡고 있는 외계 행성이다.
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[편집] 항성주위 생명체 거주가능영역
한 항성 주위에 형성되어 있는 행성계에서 어떤 행성에 생명체가 발생할 조건이 되기 위해서는 모항성에서 적당한 거리만큼 떨어져 있어야 한다. 이 항성주위 생명체 거주가능영역(CHZ 또는 생태권)은 관념상의 구체로, 행성 표면의 온도가 액체 물이 존재할 정도로 알맞은 상태가 되는 거리를 뜻한다. 액체 물은 생명체의 탄생에 있어 중요한데, 그 이유는 화학 반응에 필요한 용매로써 액체 물이 매우 적합하기 때문이다. 1959년 물리학자 필립 모리슨과 쥬세페 코코니는 SETI 연구 논문을 통해 이 개념을 정립했다. 1961년 프랭크 드레이크는 드레이크 방정식을 소개했다.
CHZ가 성립될 수 있는 영역은 항성의 크기와 밝기에 좌우된다. 특정 항성의 CHZ '중간' 지대 거리는 다음 방정식처럼 나타낼 수 있다.
는 
는 대상 
는 태양의 절대복사등급이다.예를 들면, 태양 밝기의 4분의 1 정도인 K형 항성의 경우 이 별의 생물권 거리(생물권 영역 중 가장 지구와 흡사한 환경이 형성될 수 있는 중간 지대 거리임)는 약 0.5 천문단위이다. 태양 밝기의 2배 정도로 밝은 별의 경우 이 별의 생물권 거리는 위 공식에 의하면 약 1.4 천문단위가 된다. 생물권의 '한가운데'는 어떤 행성에 지구와 거의 비슷한 생명체들이 살아갈 환경이 갖춰질 수 있는 거리를 의미한다. 단, 이 행성의 대기 조성이나 밀도는 지구와 흡사하다는 조건이 전제된다.
항성이 진화 과정을 겪으면서 밝기가 증가하면 광도 역시 증가한다. 광도가 증가하면 그 행성계의 HZ도 뒤로 물러나게 된다. 어떤 행성에서 생명체들이 살 시간을 최대한 벌기 위해서는, 행성은 변화하는 HZ 내에 오래 머무를 수 있는 위치에 자리잡고 있어야 한다.
행성의 대기 조성도 생명체의 존재에 중요한 변수가 된다. 금성의 경우와 같이 대기의 농도 또한 그 행성의 환경을 결정하는 변수가 된다. 또한 행성 자체의 화산 활동 빈도, 자체 질량 및 위성과의 기조력 등도 자체 복사열의 강도에 영향을 미치며, 이는 생명체의 존립 여부와 직결된다.
[편집] 은하 생명체 거주가능영역
한 행성계 내의 조건 뿐 아니라, 크게 확장하여 은하 내에 항성이 위치하고 있는 자리가 생명체의 발생 여부를 결정하는 변수로 작용하기도 한다. 이 조건을 만족하는 영역을 은하 생명체 거주가능영역(Galactic habitable zone, GHZ)라고 부른다. 그러나 최근 이 이론의 모순점을 지적하는 주장이 늘어나고 있다.
생명체가 탄생하기 위해서는 지구형 행성이 등장해야 하며, 지구형 행성이 생겨나려면 행성계의 중원소 함량이 높아야 한다. 중원소 함량이 높기 위해서는 은하 중심부처럼 무거운 성간 물질들이 많은 지대에 행성계가 위치하고 있어야 한다. 중원소는 복잡한 형태의 분자가 생성되기 위해 필요한 존재이다. 예를 들면 철의 경우 갑상선 내에 있는 헤모글로빈과 요오드를 구성하는 요소이다.
반대로 행성계는 은하 중심부와 너무 가까워서도 안 된다. 혜성이나 소행성의 폭격을 자주 받아서는 안 되며, 항성간의 거리가 가까워서 다른 항성이 빈번하게 가까이 접근해서도 안 된다. 또한 초신성 폭발로 인한 강렬한 에너지 복사에 노출되어서도 안 되며, 은하 중심의 블랙 홀에서도 떨어져 있어야 한다. 초신성 폭발이 생명체에 미치는 영향은 확실하게 알려져 있지 않다. 그러나 아마 초신성의 감마선 폭발은 복잡한 형태의 분자가 생겨나는 것을 방해할 것이다. 또한 많은 숫자의 대형 타원 은하나 나선 은하의 중심부는 성간 물질이 고갈되어 더 이상 새로운 별이 태어나지 않는다. 이런 곳에서는 별들이 탄생하지 않으며 따라서 행성계도 생겨날 수가 없다. 연구 결과에 따르면 중원소 함유량이 높은 항성일수록 항성에서 가까운 궤도상에 무거운 질량을 지닌 행성이 돌고 있을 확률이 높았다. 이런 행성은 지구 정도 질량을 지니는 행성이 생겨나는 것을 방해하거나 행성계 밖으로 날려 버리므로, 생명체가 발생할 가능성을 막는다. 이런 이유들 때문에 은하 내에 어떤 곳이 생명체가 살기에 적합한 장소인지를 결정하는 데에는 많은 불확정 요소가 존재한다.
우리 은하의 경우 GHZ는 중심부에서 약 2만 5천 광년 정도 근처의 범위로, 여기에 있는 별들의 나이는 40억 살에서 80억 살 정도이다. 다른 은하들의 경우 GHZ의 범위는 각기 다르며, 우리 은하보다 범위가 크거나 작을 수도 있고 아예 없을 수도 있다. 미래에 천문학적 기술이 발달하면 지구와 같은 별이 존재할 수 있는 범위를 더 자세히 알 수 있을 것이며, GHZ에 대한 이해도도 높아질 것이다.
GHZ를 다른 말로 골디락스 지대라고 부르기도 한다. 골디락스는 '뜨겁지도 않고, 차지도 않은 죽'을 좋아하는 한 소녀가 주인공인 동화의 제목이다. 가이아 이론의 주창자 천문학자 제임스 러블락이 이 단어를 처음 사용했다.
지구에서 남극 대륙의 암석균(섭씨 영하 15도에서 생존)이나 심해 열수구의 호열균(섭씨 영상 121도에서 생존) 등이 있음을 고려하면, GHZ의 개념은 신빙성이 떨어진다는 평을 받고 있다.
[편집] 비판
이안 스튜어트와 잭 코헨은 그들이 쓴 책 '외계생명체의 진화'(Evolving the Alien)에서 생명체 거주가능영역 개념을 비판했다. 이유는 두 가지이다. 첫째로 외계 생명체들을 지나치게 지구 본위로 가정했다는 것이다. 두번째로 생물권 밖에서도 생명체는 살 수 있다는 것이다. 예를 들면 목성의 위성 에우로파의 경우 얼음 표면 밑에 지구와 비슷한 액체 물의 바다가 있을 것으로 예상하고 있는데, 이 바다는 지구 생명체와 비슷한 것들이 살 환경을 제공할 수 있다는 것이다. 지구상에 극한환경미생물들이 존재한다는 사실은 에우로파가 비록 HZ 바깥에 존재하기는 하나, 생명체가 살 수 있다는 주장에 힘을 실어준다. 행성 생물학자 칼 세이건은 목성과 같은 가스 행성 자체에서도 생명체가 살 수 있을 것으로 믿었다. 이런 환경에서 생명체가 발견된다면, 이는 기존의 외계 생명체 이론이 지나치게 보수적임을 입증하는 증거가 될 것이다.
[편집] 읽어보기
[편집] 참고 문헌
- Charles H. Lineweaver, Yeshe Fenner, Brad K. Gibson (2004년 1월). '은하 생명체 거주가능구역과 우리은하 내 복잡한 생명체의 연령 분포. Science 303 (5654): 59–62.
