지구과학 고3 우주 탐사와 행성계

외계 생명체

외계 생명체 존재 가능 조건과 드레이크 방정식을 통해 외계 지적 생명체 탐색의 의의를 논한다.

지구 밖에 생명이 존재할 가능성과 그 조건을 다루는 주제로, 드레이크 방정식은 '교신 가능한 외계 문명의 수'를 여러 개의 확률과 비율의 곱으로 쪼개어 정리한 틀입니다.

'우주에 문명이 몇 개나 있을까'는 통째로는 답할 수 없는 질문입니다. 드레이크 방정식은 그 질문을 답할 수 있는 크기의 조각들로 잘라 놓은 도마입니다 — 답을 내주는 계산기가 아니라, 무엇을 모르는지 보여 주는 목록에 가깝습니다.

쉽게 말하면

외계 행성 탐사 이전에는 '다른 별에도 행성이 있는가'조차 추측이었습니다. 지금은 행성이 흔하다는 사실이 관측으로 확인되었고, 생명 가능 지대 안에 있는 암석형 행성도 여럿 발견되었습니다. 그래서 질문은 '행성이 있는가'에서 '거기에 생명이 있는가'로 옮겨 왔습니다.

드레이크 방정식은 이 질문을 곱셈으로 분해합니다. 우리 은하에서 별이 태어나는 비율에, 그중 행성을 거느리는 비율, 그 행성계에서 생명이 살 수 있는 환경을 가진 행성의 수, 실제로 생명이 발생할 확률, 그 생명이 지적 존재로 진화할 확률, 그 문명이 통신 기술을 갖출 확률, 그리고 그 문명이 신호를 보내며 존속하는 기간을 차례로 곱합니다.

앞쪽 항들은 천문 관측으로 값이 점점 좁혀지고 있습니다. 그러나 뒤로 갈수록 우리가 가진 표본은 지구 하나뿐이라 확률을 논할 근거가 없습니다. 특히 마지막 항인 '문명의 존속 기간'은 천문학이 아니라 그 문명 자신에게 달린 문제입니다. 그래서 어떤 값을 넣느냐에 따라 결과가 수만 개에서 사실상 1개까지 널을 뜁니다.

실제 탐색은 두 갈래로 갑니다. 하나는 전파 신호를 뒤지는 SETI 방식이고, 다른 하나는 외계 행성의 대기 스펙트럼에서 생물이 있어야 설명되는 기체 조합을 찾는 방식입니다. 후자는 지적 문명이 아니라 생물의 특성을 갖춘 어떤 생명이든 겨냥합니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

드레이크 방정식의 항 읽기

앞쪽 항(별의 생성률, 행성을 가진 별의 비율, 생명 가능 지대의 행성 수)은 망원경으로 좁혀 갈 수 있는 '천문학의 영역'입니다. 뒤쪽 항(생명 발생 확률, 지성 진화 확률, 통신 문명이 될 확률, 문명 존속 기간)은 '생물학과 역사, 그리고 우리 자신의 영역'입니다. 이 경계선을 알아보는 것이 방정식을 배우는 핵심입니다.
예시 2

대기에서 생명의 흔적 찾기

지구 대기의 산소는 광합성 생물이 끊임없이 만들어 내기 때문에 유지됩니다. 산소는 반응성이 커서 생물이 없다면 오래지 않아 다른 물질과 결합해 사라집니다. 그래서 외계 행성 대기에서 화학적으로 함께 있기 어려운 기체들이 동시에 검출된다면, 무언가가 계속 만들어 내고 있다는 신호로 봅니다.
예시 3

페르미 역설

우주는 넓고 별은 수없이 많으며 지구보다 훨씬 오래된 별도 많습니다. 그렇다면 문명도 이미 여럿 있어야 할 텐데, 왜 아무 흔적도 보이지 않는가 — 이것을 페르미 역설이라 합니다. 문명이 정말 드물거나, 통신 가능한 기간이 아주 짧거나, 우리가 찾는 방식이 틀렸을 수 있습니다. 어느 쪽이든 드레이크 방정식의 어떤 항이 작다는 뜻입니다.

자주 하는 오해

드레이크 방정식에 숫자를 넣으면 답이 나온다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움각 항에 값을 대입하면 우리 은하의 문명 수를 계산할 수 있다

실제로는뒤쪽 항들은 신뢰할 만한 값이 아예 없어서, 답이 아니라 가정에 따라 결과가 몇 자릿수씩 달라집니다.

'생명이 발생할 확률'을 재려면 여러 행성의 결과를 봐야 하는데, 우리가 아는 사례는 지구 단 하나뿐입니다. 하나뿐인 표본으로는 확률을 말할 수 없습니다. 드레이크 방정식의 가치는 정답을 주는 데 있지 않고, 막연한 질문을 '무엇을 알아내야 답할 수 있는가'의 목록으로 바꿔 준 데 있습니다.

외계 생명체 탐색을 곧 '지적 문명 찾기'라고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움외계 생명체를 찾는다는 것은 전파로 외계인과 교신하려는 것이다

실제로는드레이크 방정식의

N

은 '교신 가능한 문명'의 수일 뿐이고, 생명 탐색의 실제 주력은 미생물 수준의 생명 흔적을 찾는 쪽입니다.

생명이 발생하는 것과, 그 생명이 지성을 갖추고, 나아가 전파를 쓰는 문명이 되는 것은 전혀 다른 사건입니다. 방정식에서 이 셋이 서로 다른 항으로 곱해지는 이유가 그것입니다. 지구에서도 생명이 나타난 뒤 문명이 등장하기까지 지질학적으로 아주 긴 시간이 걸렸습니다. 단순한 생명은 흔하고 문명은 드물 수도 있습니다.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

생명 가능 지대고3 외계 행성 탐사고3

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

없음 — 이 개념이 마지막입니다

연계 개념 — 과목을 넘어 함께 보면 좋아요

생물의 특성고2

같은 단원의 개념 — 우주 탐사와 행성계

생명 가능 지대고3 시선 속도법(도플러법)고3 식 현상법(통과법)고3 외계 행성 탐사고3 우주 탐사고3

자주 묻는 질문

Q1왜 화성이나 유로파를 계속 탐사하나요?

드레이크 방정식에서 가장 답답한 항이 '생명이 발생할 확률'인데, 지구 밖에서 생명을 딱 한 번만 더 발견해도 이 항의 값이 극적으로 달라집니다. 서로 다른 곳에서 두 번 생겼다면 생명 발생은 특별한 사건이 아니라는 뜻이 되기 때문입니다. 미생물 하나가 문명 하나만큼 중요한 이유입니다.

Q2문명이 존속하는 기간이 왜 방정식에 들어가나요?

우리가 검출할 수 있는 것은 '지금 신호를 보내고 있는' 문명뿐이기 때문입니다. 어떤 문명이 아무리 많이 생겼어도 각각 짧게 존재하고 사라진다면, 같은 시점에 겹쳐 존재하는 문명의 수는 매우 적습니다. 이 항 때문에 드레이크 방정식은 천문학 문제이면서 동시에 우리 자신에 관한 질문이 됩니다.

Q3외계 행성의 대기를 어떻게 조사하나요?

행성이 별 앞을 지나갈 때 별빛 일부가 행성 대기를 통과해 오는데, 대기 속 기체가 자기 파장을 흡수합니다. 통과 중일 때의 스펙트럼과 그렇지 않을 때의 스펙트럼을 비교하면 그 차이에서 대기 성분을 읽을 수 있습니다.

교육과정 2022 개정 · 고3 지구과학 · 우주 탐사와 행성계 수록 기본 (교육과정 단원)

출처 교육부 고시 제2022-33호 (2022 개정 교육과정) · NCIC 국가교육과정정보센터

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생명을 찾으려면 결국 그 별과 행성까지 가거나 신호를 주고받아야 합니다. 인류가 실제로 어디까지 나갔는지는 우주 탐사에서 확인해 보세요.

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