개별 행성이 아닌 '행성 집단'을 본다

일본 연구팀이 외계 생명체 탐색에서 수십 년간 이어온 접근법을 근본적으로 뒤집는 방법론을 내놓았다. 도쿄과학대학 지구생명과학연구소(ELSI)의 해리슨 B. 스미스 특임부교수팀은 특정 행성에서 생물학적 지표를 찾는 대신, 수백~수천 개의 행성 집단에서 나타나는 통계적 상관관계를 통해 생명체의 존재를 추론하는 방식을 제안했다. 이 연구는 《천체물리학 저널(The Astrophysical Journal)》에 게재됐으며, 국립기초생물학연구소 시나파옌 라나 특임부교수팀과 공동으로 수행됐다.

왜 기존 방식으로는 부족한가

지금까지 외계 생명체 탐색의 핵심 전략은 '생체 지표(biosignature)' 탐지였다. 행성 대기에서 산소, 메탄, 이산화질소 같은 특정 가스를 포착해 생명체의 흔적을 유추하는 방식이다. 그러나 이 접근법에는 치명적 맹점이 있다. 산소나 메탄은 생명 활동 없이도 화산 활동이나 광화학 반응으로 생성될 수 있어 '위양성(false positive)' 문제가 반복적으로 제기돼 왔다.

기술 문명을 암시하는 테크노시그니처(technosignature) 탐지도 방법론으로 거론되지만, 이는 외계 지적 생명체가 인류와 유사한 방식으로 기술을 발전시켰을 것이라는 전제를 깔고 있어 불확실성이 크다. 더 근본적인 문제는 우주생물학이 탐색 대상인 '생명체가 어떤 모습인지'를 사전에 알 수 없다는 점이다.

ELSI 연구팀이 제안한 '불가지론적 생체 지표(agnostic biosignature)'는 이 딜레마를 정면으로 겨냥한다. 생명체가 어떤 형태인지, 어떤 대사 과정을 갖는지 가정하지 않고도 생명체의 존재를 통계적으로 추론할 수 있다는 개념이다.

판스퍼미아 가설이 핵심 전제

연구팀의 접근법은 두 가지 전제 위에 세워진다. 첫째, 생명체는 판스퍼미아(panspermia)를 통해 행성 간·항성계 간에 이동할 수 있다. 판스퍼미아는 미생물이 소행성이나 혜성에 실려 우주 공간을 이동한다는 가설로, 지구 생명체의 기원을 설명하는 이론 중 하나로 오랫동안 논의돼 왔다. 둘째, 생명체는 정착한 환경을 점진적으로 변화시킨다. 지구의 역사가 이를 입증한다. 산소 대기의 형성, 토양의 탄소 순환, 해양의 화학 조성 변화 모두 생명 활동의 결과다.

이 두 가지가 맞다면, 생명체가 퍼진 행성 집단에서는 비슷한 방향의 환경 변화가 공간적으로 연관되어 나타날 것이라는 논리다. 즉, 가까운 항성계의 행성들이 서로 유사한 방식으로 변화했다면 이는 생명체 확산의 흔적일 수 있다.

연구팀은 이를 검증하기 위해 에이전트 기반 시뮬레이션으로 1,000개의 가상 행성을 모델링했다. 결과는 주목할 만하다. 개별 행성 수준에서 생체 지표가 전혀 감지되지 않는 경우에도, 행성 집단 전체에서 통계적 패턴이 뚜렷하게 나타났다.

외계 생명체 탐색의 흐름

외계 생명체 탐색은 1960년 프랭크 드레이크가 전파망원경으로 외계 지적 생명체 신호를 탐색한 오제마(OZMA) 프로젝트에서 현대적 형태를 갖추기 시작했다. 이후 SETI(외계 지적 생명체 탐색) 프로그램이 수십 년간 전파 신호 분석에 집중했지만 뚜렷한 성과는 없었다.

2009년 케플러 우주망원경 발사를 계기로 외계행성 탐색이 급물살을 탔다. 수천 개의 외계행성이 발견되면서 우주생물학은 '어디에서 찾을 것인가'에서 '어떻게 탐지할 것인가'로 질문이 진화했다. 생체 지표 연구가 본격화된 것도 이 시기다.

2021년 제임스 웹 우주망원경(JWST) 발사는 이 흐름을 한 단계 끌어올렸다. JWST는 외계행성 대기를 분광 분석할 수 있어, 이론에 머물던 생체 지표 탐지가 실제 관측으로 이어질 가능성이 열렸다. 그러나 동시에 위양성 문제가 더욱 현실적 과제로 부각됐다. JWST가 특정 가스를 포착했을 때 이것이 생명 활동의 결과인지 무생물적 과정의 산물인지를 판별하는 기준이 필요해진 것이다. ELSI 연구팀의 이번 연구는 이 공백을 채우려는 시도로 읽힌다.

앞으로의 전망 [AI 분석]

이 연구가 실제 탐색 전략으로 채택되려면 선결 과제가 있다. 수백수천 개의 행성에 대한 동시 관측 데이터가 필요하다는 점이다. 현재의 관측 기술로는 한 번에 그 규모의 행성 환경 데이터를 수집하기 어렵다. 그러나 차세대 우주망원경 계획이 가시화되고 있고, 인공지능(AI) 기반 대규모 데이터 분석 기술이 빠르게 발전하고 있어, 향후 1020년 내에 이 방법론이 현실적 탐색 도구가 될 가능성이 높다.

더 넓은 의미에서 이 연구는 우주생물학의 패러다임 전환을 예고할 수 있다. '생명체란 무엇인가'를 정의하는 것 자체가 편견이 될 수 있다는 인식이 학계에서 확산되고 있으며, 불가지론적 접근이 단순한 생체 지표 탐지를 넘어 보다 보편적인 생명 탐색 프레임으로 자리 잡을 가능성이 있다.

판스퍼미아 가설 자체의 검증도 함께 이루어질 경우, 이 방법론은 외계 생명체 탐색과 생명의 우주적 기원 연구를 동시에 진전시키는 이중 효과를 낼 가능성이 높다.