[Cosmos] #2. 이 우주에는 또 다른 지구가 있을까? : 케플러 우주망원경

 

 

 

1편도 보시길!

[Cosmos] #1. 이 세상, 이 우주는 누가 만들었나? - http://blog.daum.net/smileru/8887829

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

스마일루의 코스모스

 

 

#2.

 

'이 우주에는 또 다른 지구가 있을까?'

: 케플러 망원경

 

 

 

 

 

 

 오랜만에 올리는군요. 3달만에...;;; 지난 1편이 너무도 거창했기 때문에 다른걸 쓸 엄두가 안나더군요. 아이디어도 없고...

 

 뭐 사실 지난 1편은 아무래도 제가 평소에 하고 싶었던 말을 '장황하게' 한 것이구요, 지난번에 말한 것 처럼 1편은 길었지만 앞으로는 짧게 짧게, '단기속성과외'로 핵심적인 이야기들을 해볼까 합니다. 이왕이면 진부한 이야기 말고 최신의 이야기들을 하는 것이 좋겠지요. 아, 그리고 오늘은 이미지 중심입니다.ㅋ 요런게 또 보기 좋잖아요?

 

 

 

 

 

 

 

 @ 지구 같은 행성을 찾는 이유

 

 

 오늘 하고자 하는 이야기는 '이 우주에는 또 다른 지구가 있을까?'라는 부분입니다. 우주는 너무나 크고, 우리 은하에만 해도 수천억개의 별이 있고, 그런 은하가 수천억개가 있는 이 우주에, 지구가 아무리 특별하다 해도 지구같은 행성이 하나 생기는 것은 일도 아닐겁니다. 벌써 한개 있죠! 그런걸 보면 '시간이 필요할 뿐이지 않겠습니까?'

 

 그렇다면 왜 지구같은 행성을 찾고자 하는 것일까요? 가서 살려고? 물론 그럴수도 있겠지만 머나먼 미래의 이야기구요, 일단 생명체가 있을 확률이 크고, 무엇보다 '우리가 지구 같은 행성에 대해서 가장 잘 알기 때문'입니다.

 

 물론 생명체는 지구 같은 행성에만 있지 않을 수도 있습니다. 환경이 말도 안되게 극도로 가혹하면 안되겠지만, 지구보다 꽤 많이 춥거나 덥더라도, 대기압이 달라도, 물 대신에 메탄액체가 있다 하더라도, 그래도 생명체는 존재 할 수 있습니다. 우리가 지구의 작은 단세포에서 시작해 지구 환경에 끊임없이 적응하며 '지구에 최적화된' 생명체라 지구는 안락하며 축복 받은 땅이고 다른 행성은 지옥이라 생각하곤 합니다만, 다른 환경에서 최적화된 생명체, 또는 지적생명체가 만든 문명 역시 충분히 존재할 수 있으며 그들은 지구가 지옥같은 땅이라 생각 할 지 모릅니다. 상대적인 것이죠.

 

 하지만 그래도 우리는 일단 지구 같은 행성을 찾습니다. 객관적으로 봤을 때 분명 지구는 생명체가 탄생하기 좋은 환경입니다. 물 대신 다른 액체를 통해서도 생명체가 탄생할 수 있겠지만, 물 처럼 용해도도 크고, 얼었을때의 얼음이 물위로 떠서 아래 쪽 액체가 어는 것을 막아주는 그런 특별한 액체는, 생명체 탄생전 분자들을 상당히 많이 가질 수 있어 '최초의 생명'을 탄생시키는데 매우 적합합니다. 또 어떤 액체에 어떤 분자가 녹고, 액체속에서 분자 구조가 유지되고, 활발하게 반응 하기 위해서는, 분명 어떤 액체와 어떤 분자가 조합하는 경우라 하더라도 지구 온도에서 크게 벗어나지 않는 수준의 온도가 가장 적당한게 사실입니다. 중력도 너무 크면 생명체의 키가 덩치가 커지기 어렵고, 너무 작으면 대기를 구성할 분자들이 날아갑니다. 그런면에서 지구는 분명 좋은 환경이지요. 따라서 우리는 지구 같은 행성을 찾고, 그 경우에 생명체가 있을 확률이 가장 크다고 생각합니다.

 

 

 

별의 밝기에 따라 적당한 거리만큼 떨어져 있어야 하죠. 적당한 온도를 가져야 하니까요.

그런 영역을 'Habitable zone', 'Goldilocks(골디락스) zone'이라 합니다.

적당한 온도의 우유를 찾으려한 아이, '골디락스' 이솝우화에서 따온 것이죠.

적당한 온도와 함께 행성의 크기, 즉 질량도 중요합니다. 중력과 관계가 있으니까요.

하지만 그 외의 영역에서도 생명체가 존재할 가능성은 충분합니다.

 

 

 그럼 다시 원래의 질문으로 돌아가, 왜 지구같은 행성을 찾고자 하는 것일까요? 생명체를 찾아서 뭘 어쩌겠다는 걸까요? (^^;?) 무엇보다 문명을 찾기 위해서 입니다. 단순 생명체는 수광년, 수십광년 떨어진 곳에 존재해서는 그 존재를 확인 할 수가 없습니다. 가서 확인해야 되는데 갈 방법이 없으니까요. 생명체가 있기 쉬운 곳에서는 진화가 필연적으로 일어날테고, 따라서 인간과 같은 지적생명체의 탄생을 기대할 수 있습니다. 그리고 그들이 최소 우리 정도의 미약한 수준의 과학문명을 건설하는데 성공했다면 무선통신을 사용할 수도 있겠죠? 그 전파는 빛의 속도로 사방으로 퍼져나갈테구요. 최적의 행성을 찾아내 전파망원경을 집중하였더니 정보를 담고 있을 법한 패턴이 존재하는, 하지만 너무도 오랜 거리를 달려오느라 매우 미약해진, 그런 신호가 관찰 된다면?! 빙고죠.

 

 그럼 또, 왜 우리는 다른 문명을 찾고자 하는 것일까요? 그것은 위대한 질문입니다. 우리는 이 넓은 우주속에 정녕 혼자인가? 왜 우리가 이 우주에 존재하는 것인가? 다른 누군가도 존재 할 수 있는 것이 아닌가? 우리의 존재 이유는 무엇인가? 137억년 전에는 수소덩어리였던 것들이 오늘날 스스로 생각하여 스스로에게 존재 이유를 묻는 것입니다. 사춘기의 청소년 처럼, 인류가 스스로의 '자아'를 찾아가는 과정인 것이죠.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@ 케플러 망원경, 54개의 지구를 찾아내다.

 

 그렇게 시작되었습니다. 사실 그 이전에도 '제 2의 지구'를 찾고자 하는 노력은 계속 되어왔었고 약간의 성과를 거뒀습니다만, 지구에서 관측을 하려하면 대기 간섭의 문제가 있고 해서, 허블 우주망원경과 달리 외계행성 탐사를 전문으로 하는 케플러 우주망원경이 구상되게 됩니다. 

 

 아시겠지만 '케플러'는 1600년대의 독일 천문학자인 '요하네스 케플러'의 이름을 딴 것입니다. 케플러는 '렌즈'의 원리를 설명하여 갈릴레오가 망원경을 이용하는데 큰 도움을 준 인물이기도 하지만, 행성이 반듯한 원궤도가 아닌 타원궤도를 돈다는 사실을 밝혀냈고, 그를 바탕으로 행성 운동의 법칙을 설명한 것으로 유명합니다. 케플러 우주망원경의 원리와도 아주 관련이 깊죠. 아래에서 설명드리겠습니다.

 

 

 

 케플러 망원경의 무게는 1톤이 조금 넘어가고, 망원경 부분과 함께 태양전지, 추진엔진, 정보 전송을 위한 안테나, 자세 유지를 위한 별 추적기등이 장착되어 있습니다. 6억달러(6600억원)의 비용이 들어갔다고 하네요. 발사비용도 포함인지는 모르겠으나...

 

 

 

http://www.nasa.gov/mission_pages/kepler/launch/index.html

 

 그리고 2009년 3월 6일, 케플러 우주 망원경이 발사됩니다. 무궁화 위성이 발사되는데 쓰인 델타2로켓이네요. 버전은 다를지 모르겠으나... 여튼 외계 문명이 발견되고, 인류가 제2의 지구로 이주하게 될 먼 훗날, 또는 이주해야할 필요성이 절실해질 바로 그 어떤 날, 이 날은 역사적인 순간으로 기억 될 것 입니다. 

 

 

 

 

 왜 굳이 케플러 망원경은 우주로 발사되었어야 했을까요? 대기가 문제이긴 한데, 케플러 우주망원경이 외계행성을 찾아내는 원리 때문에 더더욱 대기가 큰 문제가 되기 때문입니다. 케플러 우주망원경은 별들을 찾아서 별의 밝기를 매우 높은 정밀도로 측정합니다. 그러다 행성이 공전하면서 별을 가려 별빛이 미세하게 변화하는 것을 측정하죠. 따라서 대기가 있으면 별이 흐릿하게 보이고 뭐 그런 문제가 아니라 아예 그런 미세한 관측이 불가능해집니다. 위의 이미지가 바로 그를 설명해주고 있습니다. 케플러가 찾은 Kepler 4b, 5b, 6b, 7b, 8b 별들의 밝기 그래프인데요, 별의 밝기가 크게는 1%에서 작게는 0.1% 수준으로 변화하는 것을 보여줍니다. 그를 통해서 행성의 존재여부를 판단하고, 밝기 변화 주기를 통해 공전주기 등을 알고, 행성의 크기도 파악할 수 있고, 별의 질량 까지 이용하면 행성의 질량도 추정이 가능합니다.

 

 그것이 바로 케플러가 정리한 '케플러 1, 2, 3법칙' 때문에 가능한 것입니다. 케플러 우주 망원경이라는 이름이 붙은건 아주 적절하다 할 수 있겠지요. 우주 팽창을 발견한 허블 우주망원경이 먼 우주를 관측하는 것 처럼 말입니다.

 

 

 

 

 따라서 케플러 망원경은 한 곳을 계속 보면서 별의 밝기를 지속적으로 측정해야 합니다. 따라서 고정되어 있는데 바로 저기 '베가'와 '데네브' 사이를 꾸준히 집중 관찰 하게 됩니다. 백조자리 근처이고 하늘의 400분의 1정도 밖에 안되는 좁은 영역입니다.

 

 그런데 저 반으로 갈라진 사각 박스 21개가 보이시나요?

 

 

 

 

 케플러의 센서가 이런 모양이어서 그렇습니다. 정사각형 하나당 9460만 화소입니다. 세계최고의 카메라인 것입니다. 그런 CCD센서가 또 21개 달려있는 것이구요. 요즘 나오는 최고급 DSLR이 2000만 화소대라는 걸 생각해보면 정말 엄청난 것입니다.

 

 

 

 

 자, 가상으로 우주에서 보면 케플러 우주망원경이 바라보고 탐사하는 영역이 적나라하게 드러나는데요, 정말 좁은 범위 입니다! 그 방향으로 쭉 관찰 하는 것도 아니고, 3000광년 까지만 관찰 합니다. (우리 은하의 지름은 100000광년이죠) 정말 우주에 비해서는 물론이고 우리 은하에서만 생각해봐도 정말 일부분이죠.  

 

 어떻게 보면 상당히 좁은 영역인 저 영역에서 케플러 우주망원경은 무엇을 찾아 냈을까요?

 

 

 

 

 2011년 2월 2일, NASA는 케플러 우주망원경이 보내온 데이타중 5개월간의 데이타를 분석한 결과를 발표했습니다. 156000개의 별빛의 변화를 관찰하여 1200여개의 행성을 찾아냈는데, 165개는 목성크기, 662개는 해왕성 크기, 288개는 지구 질량의 2~10배이면서 크기로는 2배정도의 해당하는 슈퍼지구크기이며, 그리고 68개는 질량도 지구와 비슷하고 크기도 지구와 비슷하다는 것을 밝혀냈습니다.

 

 좁은 영역을 관찰했는데도 엄청나게 많죠? 또 크기만 봐도 일반적인 생각과 달리 지구와 비슷한 행성이 정말 많다는 겁니다.

 

 

 

 

 또 놀라운 사실은, 5개월(약 150일)간 빛의 변화를 관찰한 것이기 때문에, 공전주기가 지구처럼 365일정도로 더 길어 정확한 공전주기를 파악하지 못한 행성들은 아예 포함되어 있지 않다는 것 입니다. 이미지를 보시면 공전주기가 백 몇십일 수준에서 데이타가 끝나죠? 공전 주기가 수년이 되는 행성, 또는 그런 행성을 도는 위성도 존재할 수 있고 그 역시 지구와 유사한 온도를 가질 수 있기 때문에 사실 더 많은 행성들이 존재할 것 입니다. 앞으로 케플러 우주망원경의 관측 결과를 계속 지켜봐야 겠죠? 

 

 

 

 

 이중 우리가 궁금한 것은, 크기도 크기지만 온도까지 지구와 유사한 행성은 얼마나 존재하는가에 대한 것 입니다. 바로 Habitable zone, 즉 골디락스 존Goldilocks zone의 지구형 행성 개수가 중요한 것이죠.

 

 확인해보면 1200여개의 발견된 행성중 54개의 행성이 지구와 온도가 비슷한, 영하 17도에서 영상 93도 사이에 존재 한다고 합니다. 이중 49개는 지구보다 2배정도 큰 슈퍼지구 크기이고, 5개는 지구 정도의 크기라고 합니다!  54개의 행성이 지구처럼 생명체가 탄생하기에 큰 무리가 없는 환경이라는 것 입니다. 관측을 해보면 공전주기가 긴 제2의 지구가 더 많이 발견 될 수도 있다는 거구요.

 

 

 

 

 54개의 지구가 발견된 곳입니다. 여름밤 밝게 빛나 별자리를 찾는 지표로 쓰이는 '여름의 대 삼각형' 부근이네요. 우리도 밤하늘에서 케플러 우주망원경이 보는 곳을 같이 볼 수 있습니다. 물론 우리눈에 그 지구들은 안보이겠지만, 저 안, 그리고 3000광년 거리 안에는 공전주기가 비교적 짧은 54개의 지구가 있고, 그 이상의 지구가 있을 것이 확인되고 있습니다.

 

 전체적으로 봤을때 저 영역은 그냥 눈으로 볼 때 밤 하늘의 400분의 1에 불과합니다. 실질적으로는 156000개의 별을 관찰 했으니 우리 은하에 수천억개의 별이 있는 것을 감안하면 우리 은하의 수십만분의 1만을 뒤져본 것이죠. 그러나 54개의 지구를 찾았습니다.

 

 우주 수천억개의 은하중 하나인 우리 은하의 수십만분의 1을 뒤져보았더니 54개의 지구같은 행성이 나왔고 아마 더 많을 것입니다. 그럼 단순 산술적으로는 우리 은하내의 3000억개의 별중, 지구와 크기가 거의 같으면서 온도도 유사한 행성이 1억개가 넘는다는 결론이 나옵니다.(3000억 / 156000 * 54) 그 행성들 중에 문명이 아직도 존재하고 있는 경우도 있지 않을까요? 생명체가 사는 행성이 있을 것은 거의 확실하지 않을까요?

 

 아마 저마다 서로를 찾으며 '이 우주엔 우리 혼자인가?'라는 질문들을 던지고 있을 지 모르는 일 입니다. 다만 서로의 전파들이 서로에게 도착하지 못했을 뿐이겠지요.  

 

 허나 이제 우리가 혼자는 아니라는게 확실해 보입니다. 그들을 만나기 위해서는 이제 시간이 필요할 뿐입니다.

 

 

 

 

 

 

 - fin -

 

 

 

관련링크

 

NASA 케플러 미션 홈페이지

- http://www.nasa.gov/mission_pages/kepler/main/index.html

NASA 케플러 미션 5개월 데이터 공개 기사

- http://www.nasa.gov/mission_pages/kepler/news/kepler_data_release.html

 

 

 

 

 

 

오타수정 (2011.5.10)

마지막 부분 수정, 잘못된 부분 수정 (2011.5.10)

 

 

 

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