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2010.06.14 타이탄의 생명체? 수소와 아세틸렌을 먹고 사는 생명체 1

2010. 6. 14. 10:52

타이탄의 생명체? 수소와 아세틸렌을 먹고 사는 생명체 재미있는 미래기술2010. 6. 14. 10:52

타이탄의 생명체? 수소와 아세틸렌을 먹고 사는 생명체

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2010-06-14

‘사이언스 데일리’ 최신호에 의하면 나사의 토성 및 위성탐사선인 카시니호 (Cassini spacecraft)의 데이터를 분석한 결과를 발표한 두 가지 논문에서 토성의 위성인 타이탄의 표면에서 일어나고 있는 복잡한 화학적인 활동을 조사하고 있다. 비생물학적 화학에 근거한 설명이 가능하지만 일부 과학자들은 카시니호가 수집한 데이터에 나타난 화학적인 특성은 타이탄의 표면에 원시적이고 이국적인 생명체 또는 생명의 선구물질이 존재할 수 있을 것이라고 주장하고 있다. 천체생물학자에 의해 제기되고 있는 한 가지 가설은 이러한 화학적인 특성은 ‘메탄기반 생명체’ 가설에 필요한 두 가지 중요한 조건을 충족시킨다고 주장했다.

최근 학술지 ‘Icarus’지 온라인판에 발표된 논문에서 타이탄의 대기에서 수소분자가 흘러다니다가 타이탄의 표면으로 사라지는 중요한 발견을 발표했다 (Darrell F. Strobel. 2010). 또한 다른 학술지인 ‘Journal of Geophysical Research’지에 발표된 논문은 타이탄 표면에서 탄화수소분포에 대한 지도를 작성했으며 아세틸렌의 부족현상을 발견했다 (Clark, R. N. et al. 2010).

이러한 아세틸렌의 부족현상은 이 화학물질이 타이탄에 존재할 수 있는 메탄기반 생명체의 최상의 에너지원이 될 수 있기 때문에 매우 중요하다고 캘리포니아의 모페트 필드 (Moffett Field)에 위치한 나사 에임스 연구센터 (NASA Ames Research Center)의 천체생물학자인 크리스 맥케이 (Chris McKay)는 주장했다. 그는 지난 2005년 타이탄에 존재할 수 있는 메탄기반 생명체에 필요한 필수조건을 제안한 바 있다. 이 아세틸렌 데이터에 대한 한 가지 해석은 탄화수소가 이 생명체의 먹이로 사용되고 있다는 것이다. 하지만 맥케이는 이번에 발견된 수소의 흐름은 좀더 중요하다고 주장하고 있다. 현재 제안되고 있는 메커니즘의 대부분이 수소의 소비와 연관되기 때문이다.

맥케이는 “수소의 소비는 지구에서 우리가 산소를 소비하는 방식처럼 타이탄에서 생명체가 소비할 수 있는 가스이기 때문에 이러한 제안을 한 것이다. 만일 이러한 데이터가 생명의 신호로 확인된다면 우리는 엄청나게 흥분할 것이다. 이곳의 생명체의 존재는 물에 근거하고 있는 지구의 생명체와 전혀 다른 두 번째 생명체의 존재를 의미하기 때문이다”고 말했다. 지금까지 메탄기반 생명체는 단지 가설에 불과하다. 과학자들은 비록 지구에서 메탄이나 폐수에서 성장하고 있는 액체형태의 물에 기반한 미생물을 발견했지만 아직까지 메탄기반 생명체를 발견하지 못했다. 타이탄은 온도는 약 90 켈빈 (영하 290도)이며 메탄기반 생명체는 생명유지과정의 매개물로써 액체를 사용해야 한다. 물은 타이탄의 온도에서는 얼어붙기 때문에 생명체가 생존하기에는 너무 춥다.

현재 대안적인 액체형태는 매우 적다: 액체 메탄과 에탄과 같은 연관된 입자가 그것이다. 액체형태의 물은 생명체에 필수요소로 생각되고 있지만 과학자들의 연구에 의하면 액체형태의 물은 엄격한 의미에서 필수조건이 아니라고 추측하고 있다. 이 새로운 수소의 발견은 이국적인 메탄기반 생명체의 존재를 가능케하는 조건으로 볼 수 있다. 하지만 그 존재를 증명하는 것은 아니라고 이번 수소에 관한 연구논문의 저자인 볼티모어의 존스 홉킨스대학 (Johns Hopkins University)의 카시니 학제간 과학자인 다렐 스트로벨 (Darrell Strobel)은 주장했다.

토성과 타이탄의 상층부 대기에 대한 연구를 수행한 스트로벨은 카시니호의 혼성적외선분광계 (composite infrared spectrometer)와 이온 및 중성 중량분광계 (ion and neutral mass spectrometer)가 측정한 자료를 분석했다. 이 논문에서 그는 타이탄의 각기 다른 대기와 표면의 수소밀도를 분석하고 있다. 이전에 제안된 모델에 의하면 태양의 자외선이 대기 상층부에서 아세틸렌과 메탄으로 분리되는 부산물인 수소입자는 이 대기층에 일정하게 분포되어야 한다. 스트로벨은 표면으로 흘러떨어지는 수소밀도의 불균형은 초당 10,000 조 수소입자 정도가 된다는 사실을 발견했다. 이것은 대기상층부에서 사라지는 비율과 동일하다. 스트로벨은 “이것은 마치 호스를 이용해서 수소를 땅에 뿌리지만 바로 사라지는 것과 같다. 나는 이러한 결과를 예상하지 못했다. 입자형태의 수소는 대기에서 화학적으로 극도로 비활성이며 매우 가볍고 부양성이 높기 때문이다. 수소는 대기상층부에서 떠다니다가 사라져야 한다”고 말했다. 수소는 타이탄의 지하나 동굴에 저장될 가능성은 매우 적다고 스트로벨은 주장했다. 타이탄 표면은 또한 수소입자와 아세틸렌이 메탄으로 전환되는데 필요한 촉매작용과 연관되는 화학과정이 일어나기에 너무 춥다. 하지만 전체적으로 총에너지 배출량과 같다 . 타이탄의 표면에 존재하는 알려지지 않은 광물이 촉매역할을 할 경우에는 이러한 에너지 장애는 극복될 수 있다.

탄화수소의 지도작성을 수행한 미국 지질조사국 (US Geological Survey)의 카시니 팀 과학자인 로저 클라크 (Roger Clark)은 카시니호의 가시광 적외선 분광계 (visual and infrared mapping spectrometer)의 자료를 조사했다. 과학자들은 태양빛은 대기의 화학물과 상호작용을 통해 아세틸렌을 생산하고 이 아세틸렌은 타이탄의 표면을 뒤덮게 될 것이라고 예상했다. 하지만 카시니호의 자료에 의하면 표면에서 아세틸렌이 발견되지않았다. 카시니호의 분광계는 타이탄의 표면에서 물얼음의 부재를 관측한 반면 과학자들이 아직까지 알아내지 못한 유기물질과 벤젠이 풍부한 것으로 밝혀졌다. 이러한 발견을 통해 과학자들은 이 유기물질은 타이탄의 표면기반에 몇 밀리미터에서 몇 센티미터 두께로 이루어진 탄화수소막으로 이루어진 얼음위를 덮고 있다고 믿고 있다. 타이탄 표면전체에서 이 얼음은 액체 메탄과 에탄의 흐름에 의해 덮혀 있으며 지구에서 물처럼 호수와 바다를 구성하고 있을 것이다. 클라크는 “타이탄 대기의 화학물은 유기물질로 만들어졌으며 표면에 비처럼 떨어져 표면에서 유기물질을 메탄과 에탄이 빠르게 흘러나가면서 씻어내고 얼음을 빠르게 메탄과 에탄으로 다시 덮히게 된다. 이러한 모든 현상은 타이탄이 유기화학적인 활동이 일어나고 있는 매우 다이나믹한 곳이라는 것을 의미하고 있다”고 말했다.

타이탄의 표면에서 관측되어야할 아세틸렌의 부재는 비생물학적인 설명이 가능하다고 나사 천체생물학연구소의 타이탄팀 (NASA Astrobiology Institute Titan Team)의 수석 연구원인 마크 알렌 (Mark Allen)은 주장했다. 알렌은 나사의 제트추진연구소 (NASA Jet Propulsion Laboratory)에서 연구를 수행하고 있다. 알렌이 제기하고 있는 한가지 가능성은 태양빛이나 우주선 (宇宙線, cosmic ray)이 지표면으로 떨어지는 얼음연무질 형태의 아세틸렌을 좀더 복잡한 분자로 전환시켜 아세틸렌이 발견되지 않는 것이라고 주장했다. 알렌은 “보수적인 관점에서 보면 모든 비생물학적인 설명이 불가능할 때 생물학적 설명이 제시되어야 한다. 우리는 가능한 비생물학적인 설명을 제거하기 위해 많은 연구를 해야한다. 이 과정은 생물학적인 것이 아니라 화학적인 과정으로 이번 분석결과를 설명할 수 있다. 예를 들어 광물 촉매작용과 연관되는 반응이 그것이다”고 말했다. 제트추진연구소의 카시니 프로젝트 과학자인 린다 스필커 (Linda Spilker)는 “이러한 새로운 연구결과는 놀랍고 흥분된다. 카시니는 타이탄에 대한 좀더 많은 근접비행을 하게 될 것이며 이를 통해 타이탄의 표면에서 어떤 일이 일어나고 있는가를 해결하게 될 것이다”고 말했다. 카시니-호이겐스 프로젝트 (Cassini-Huygens)는 나사와 유럽항공우주국 (European Space Agency), 이태리 우주청 (Italian Space Agency)의 공동 프로젝트이다.

사진설명: 타이탄 표면의 모습에 대한 상상도
출처: “Science Daily” 2010년 6월 7일
원문참조:
1. Darrell F. Strobel. Molecular hydrogen in Titan`s atmosphere: Implications of the measured tropospheric and thermospheric mole fractions. Icarus, 2010; DOI: 10.1016/j.icarus.2010.03.003
2. Clark, R. N., J. M. Curchin, J. W. Barnes, R. Jaumann, L. Soderblom, D. P. Cruikshank, R. H. Brown, S. Rodriguez, J. Lunine, K. Stephan, T. M. Hoefen, S. Le Mouelic, C. Sotin, K. H. Baines, B. J. Buratti, and P. D. Nicholson.Detection and Mapping of Hydrocarbon Deposits on Titan. Journal of Geophysical Research, 2010; (in press) DOI: 10.1029/2009JE003369