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[아하! 우주] 토성의 달 엔셀라두스의 메탄가스는 생명체 신호?

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▲ 토성 위성 엔셀라두스의 ‘호랑이 줄무늬’. 갈헐천은 저 줄무늬의 균열된 틈에서 솟아오른다.(출처: NASA/JPL-Caltech)

토성의 위성 엔셀라두스에서 솟구치는 물기둥에 포함된 메탄이 위성의 표면 아래 있는 바다에 생명이 가득하다는 신호일 수 있다고 새로운 연구가 발표됐다.

2005년 미 항공우주국(NASA)의 카시니 토성 탐사선은 엔셀라두스의 남극 근처에 보이는 '호랑이 줄무늬' 균열에서 물 얼음 입자가 뿜어져나오는 간헐천을 발견했다. 토성의 E 고리(지구에서 두 번째 바깥쪽 고리)에 물질을 제공하는 이 간헐천은 엔셀라두스의 얼음 지각 아래에서 출렁이는 거대한 물 바다에서 비롯된 것으로 추정되고 있다.

간헐천이 우주공간으로 깃털처럼 분출하는 얼음 알갱이들 속에는 물 이외에도 다른 성분들이 섞여 있었다. 지름 504km의 엔셀라두스를 여러 차례 근접 비행하는 동안 카시니는 수소분자(H2), 메탄(CH4) 등을 포함한 다양한 탄소 함유 유기 화합물을 발견했다.

이 수소분자와 메탄은 우주 생물학자에게 특히 흥미로운 존재다. 과학자들은 특히 소수분자는 엔셀라두스의 해저에 있는 암석과 뜨거운 물의 상호작용에 의해 생성되었을 가능성이 높다고 보며, 나아가 엔셀라두스의 심해 바닥에는 뜨거운 물이 나오는 열수구가 있을지도 모른다고 생각한다. 지구에서 최초로 생명체가 나타난 장소도 이 같은 심해의 열수구라는 학설이 힘을 얻고 있다.

또한 수소분자는 이산화탄소에서 메탄을 생성하는 일부 지구 미생물에 에너지를 제공한다. 엔셀라두스에서도 이와 비슷한 일이 일어날 수 있다고 보는 것은 카시니가 간헐천의 얼음 입자 기둥에서 놀랍게도 이산화탄소와 함께 메탄을 발견했기 때문이다.

미 애리조나대 생태-진화 생물학자 레지스 페리에르 대표저자는 "이 수소를 '먹고' 메탄을 생성하는 엔셀라두스 미생물이 카시니가 감지한 놀랍도록 많은 양의 메탄을 설명 할 수 있을까?"라고 자문하며 "우리는 이것을 알고 싶어 연구에 착수했다"고 밝혔다.

페리에르와 그의 동료들은 엔셀라두스의 메탄이 생물학적으로 생성될 확률을 평가하는 일련의 수학적 모델을 만들었다.

이러한 시뮬레이션은 다양했다. 연구팀은 관찰된 수소분자의 생산이 과연 엔셀라두스의 미생물 개체군을 유지할 수 있는지 여부, 그리고 그 개체군이 수소분자와 메탄이 분출되는 얼음 입자로 빠져나가는 속도에 어떤 영향을 미치는지 조사했다.

▲ 엔셀라두스의 지표면에서 뿜어져 나오는 물기둥 위를 날고 있는 NASA 카시니호의 모습을 상상한 일러스트 사진 (사진=NASA)

페리에르는 "요약하면, 우리는 카시니의 관측 데이터가 생명체가 살 수 있는 환경에 부합하는지 평가할 수 있을 뿐만 아니라, 메탄 생성이 실제로 엔셀라두스의 해저에서 발생한다면 관측을 통해 정량적 예측도 할 수 있다"고 밝혔다.

이러한 평가는 춥고 어두운 엔셀라두스 바다에서 무언가가 헤엄치기를 바라는 우리를 크게 고무시키는 것임이 틀림없다. 연구팀은 생물체의 개입이 없는 비생물적 열수 배출 화학으로는 카시니가 관찰한 메탄 농도를 충분히 설명하지 못한다는 결론을 내렸다. 그러나 메탄 생성 미생물의 기여를 추가한다면 그 격차를 멋지게 해소할 수 있다.

▲ 토성 위성 엔셀라두스의 적외선 이미지. 붉은 부분이 새로운 얼음 표면이 발견된 지역이다.사진=NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/LPG/CNRS/University of Nantes/Space Science Institute

명확하게 말하면, 지난달 '네이처 천문학(Nature Astronomy)' 저널에 게재된 새로운 연구는 엔셀라두스에 생명체가 존재한다고 주장하는 것은 아니다. 예컨대, 얼어붙은 엔셀라두스는 지구에서는 보기 어려운 유형의 비생물적 메탄 생성 반응을 만늘 수 있는 가능성을 배제할 수 없다.

어쩌면 이 위성의 탄생에서 유래한 원시 유기물질의 붕괴일 수도 있다. 실제로 후자의 가설은 일부 과학자들이 믿는 것처럼 엔셀라두스가 혜성에 의해 전달되는 유기물이 풍부한 물질로 형성되었다면 유력한 가설이 될 수 있다.



한편, 1999년에 발사된 NASA의 토성 탐사선 카시니는 토성을 비롯하여 많은 위성들에 대한 데이터를 수집하는 등 토성의 경이로움을 밝혀낸 지 13년이 지난 후, 2017년 연료 고갈로 인해 마지막 미션 ‘그랜드 피날레’를 완료한 후 토성 대기로 뛰어들어 산화함으로써 미션을 마무리했다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com 

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