스페이스 클럽 Dragonfly가 사람이 살 수 없는 세계에서 생명체를 찾는 것을 지원하는 방법

[발사통제동]

2028년 7월, NASA의 차기 뉴 프론티어 프로그램 미션인 드래곤플라이(Dragonfly)가 스페이스X 팰컨 헤비(SpaceX Falcon Heavy) 위에 실려 토성으로 발사될 예정입니다. 6년 후, 탐사선은 토성의 가장 큰 위성인 타이탄(Titan)의 짙은 구름과 대기층을 통과하여 지구와 비슷하면서도 다른 세계를 발견하게 될 것입니다.

타이탄에 탑승한 드래곤플라이는 회전익 항공기 설계를 활용하여 메탄으로 가득 찬 세계를 날아다니며 타이탄의 화학적 성질과 지구에서 생명체가 어떻게 시작되었는지 탐구할 것입니다. 회전익 항공기는 4개의 장비 세트를 사용하여 타이탄의 강, 협곡, 바다, 모래 언덕 등을 조사할 것입니다.

"잠자리는 생명체를 탐지하는 임무가 아니라 이곳 지구에서 생물학이 생기기 전에 존재했던 화학을 조사하는 임무입니다. 타이탄에서 우리는 그림을 복잡하게 만들지 않고 지구에 생명체가 존재하게 했을 수 있는 화학적 과정을 탐구할 수 있습니다." 라고 메릴랜드에 있는 존스 홉킨스 응용 물리학 연구소(JHAPL)의 드래곤플라이 수석 연구원 지비 터틀(Zibi Turtle)이 말했습니다.

앞서 언급했듯이 타이탄은 메탄의 세계입니다. 강, 호수, 바다는 액체 메탄으로 가득 차 있습니다. 대기는 메탄과 에탄으로 구성되어 있습니다. 그러나 유기 물질은 모래 언덕과 표면 물질 내에 존재하여 과학자들에게 지구에서 생명체가 어떻게 형성되었는지에 대한 힌트를 제공할 수 있습니다.

https://youtu.be/GlwzLPytW9A

많은 행성 과학자들은 타이탄이 매우 초기 지구를 대표한다고 믿습니다. 그러나 지구에 생명체가 존재하면서 지구의 화학적 성질이 완전히 바뀌어 한때 생명체를 가능하게 했던 화합물과 물질이 숨겨져 있습니다.

참고 항목

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따라서 타이탄은 언젠가 지구와 같은 생명체로 분주한 세계로 진화할 수 있는 세계를 연구할 수 있는 독특한 기회를 제공합니다. 또한 타이탄을 연구하면 과학자들은 생명체가 우주의 모든 곳에서 같은 방식으로 형성되는지, 아니면 지구에서 생명체가 형성된 것이 극단적인 우연의 일치인지를 결정할 수 있습니다.

"생물학으로 넘어가기 전에 간단한 화학에서 복잡한 화학으로 넘어가야 하지만 우리는 모든 단계를 알지 못합니다. 타이탄을 통해 그 중 일부를 발견할 수 있습니다." 터틀이 설명했습니다.

NASA의 카시니-하위헌스(Cassini-Huygens) 탐사선은 달 표면에 에탄, 프로판, 아세틸렌, 아세톤, 시안비닐화물, 벤젠, 시안화 등이 존재한다는 것을 강조하는 데이터를 통해 타이탄의 유기 분자가 얼마나 풍부한지 밝혔다.

이 유기 분자가 타이탄의 표면에 떨어지면 얼음 기반암에 머물면서 유기 물질의 두꺼운 퇴적물을 형성합니다. 행성 과학자들은 현재 생명 창조에 필요한 화학 물질이 이 퇴적물 안에 존재할 수 있으며, 액체 상태의 물이 주어진다면 그곳에서 생명이 시작될 수 있다고 믿고 있습니다. 타이탄의 표면 온도는 섭씨 -179도이므로 액체 상태의 물이 표면에 존재하는 것을 방지합니다. 그러나 액체 상태의 물은 수천 년 전에 소행성 충돌에 의해 한때 전달되었을 수 있습니다.

Selk Crater가 있는 Titan의 적외선 이미지가 강조 표시됩니다. (제공: NASA/JPL-Caltech/University of Nantes/University of Arizona)

드래곤플라이는 그러한 소행성 충돌 지점 중 하나인 셀크 크레이터(Selk Crater)를 연구할 예정이다. 셀크(Selk)는 90km 너비의 충돌 분화구로, 유기 물질이 흩어져 있으며 한때 장기간 액체 상태의 물을 보유하고 있었을 수 있습니다. 잠자리는 셀크와 가까운 지역에 착륙하여 분화구 내의 다양한 위치를 탐사하고 표면 화학을 분석하여 프리바이오틱 화학의 징후를 찾을 것입니다.

행성 과학자들은 셀크(Selk)를 형성한 소행성 충돌이 유기물이 풍부한 얼음 기반암을 녹였고 표면 얼음층 아래에 액체 상태의 물 웅덩이를 만들었을 것이라고 믿고 있다. 이 액체 상태의 물은 수천 년 동안 액체 상태로 남아 있다가 얼기 전에 "프리바이오틱 수프"로 진화했을 수 있습니다.

"이것은 본질적으로 장기간에 걸친 화학 실험입니다. 이것이 타이탄이 흥미로운 이유입니다. 이것은 우리의 생명 기원 실험의 자연스러운 버전이다 - 훨씬 더 오래 진행되어 왔고 행성 규모로 진행되어 왔다는 점을 제외하면 말이다"라고 JHAPL의 드래곤플라이 공동 조사자 사라 회르스트(Sarah Hörst)는 말했다.

과학자들은 수십 년 동안 액체 상태의 물과 유기 물질을 결합하여 지구 초창기와 유사한 화학적 성질을 가진 이 프리바이오틱 수프를 시뮬레이션해 왔습니다. 이러한 시뮬레이션은 몇 주, 몇 달 또는 몇 년 동안만 지속되는데, 이는 수만 년 동안 존재할 수 있는 타이탄의 셀크 크레이터(Selk Crater)와 같은 용융 웅덩이보다 훨씬 짧습니다. 그러나 이마저도 생명체가 일어나는 데 필요한 화학 반응이 일어나기에는 너무 짧을 수 있으며, 일부 과학자들은 지구에서 생명체가 형성되는 데 수백만 년이 걸렸을 수 있다고 믿고 있습니다.

그럼에도 불구하고 수만 년은 몇 가지 중요한 화학 반응이 일어나기에 충분한 시간일 수 있으며, 드래곤플라이는 셀크를 조사할 때 이 가능성을 탐구할 것입니다.

타이탄에서 드래곤플라이의 진입, 하강, 착륙 순서. (제공: NASA)

"우리는 지구의 생명체가 그렇게 오래 걸렸기 때문에 조건이 안정되어야 했기 때문인지, 아니면 화학적 성 자체에 시간이 필요했기 때문인지는 알 수 없습니다. 그러나 모델에 따르면 타이탄의 유기물을 물에 던져 넣으면 수만 년이라는 시간은 화학이 일어나기에 충분한 시간이다"라고 회르스트는 말했다.

드래곤플라이는 드래곤플라이 질량분석기(Dragonfly Mass Spectrometer, DraMS), 드래곤플라이 감마선 및 중성자 분광분석기(Dragonfly Gamma-Ray and Neutron Spectrometer, DraGNS), 드래곤플라이 지구물리학 및 기상 패키지(DragonGMet), 드래곤플라이 카메라 스위트(DragonFly Camera Suite, DragonCam) 등 4개의 장비를 타이탄 표면으로 운반할 예정이다.

DraMS 기기는 프리바이오틱스 화학의 징후를 찾기 위해 Titan의 복잡한 화학적 구성을 조사하는 데 특히 유용할 것입니다. 특히, 타이탄 표면 내에서 중요한 분자의 존재를 암시하는 패턴을 검색할 것입니다. 예를 들어, 지구에서는 아미노산이 특정 패턴으로 발견됩니다.

"우리는 정확한 분자를 찾고 있는 것이 아니라 복잡성을 암시하는 패턴을 찾고 있다"고 캘리포니아에 있는 NASA 제트추진연구소(JPL)의 드래곤플라이 공동 연구자 모건 케이블(Morgan Cable)은 말했다.

타이탄은 지구와 많은 특성을 공유하지만 표면 온도가 너무 낮고 표면에 액체 상태의 물이 부족하기 때문에 현재 상태로는 생명을 유지할 수 없습니다. 그러나 과학자들은 여전히 타이탄이 생명체에 필요한 많은 성분(복잡한 화학, 두꺼운 대기 등)을 품고 있으며, 충분한 시간만 주어진다면 언젠가는 생명체를 품고 있을 수 있다고 믿고 있습니다.

https://youtu.be/xn3-0a19sC8

그러나 타이탄이 생명을 유지하는 세계로 진화하지 못한다면, 과학자들은 생명의 기원과 생명이 유지되기 위해 필요한 것이 무엇인지를 잘못 이해했을 수 있음을 보여줄 것입니다.

"우리가 가지 않으면 이러한 화학적 단계가 발생하는 것이 얼마나 쉬운지 또는 어려운지 알 수 없으므로 직접 가서 살펴봐야 합니다. 그것이 타이탄과 같은 세계로 가는 것의 재미있는 점입니다. 우리는 마치 돋보기를 쓴 형사와 같아서 모든 것을 보고 이게 뭔지 궁금해한다"고 케이블은 말했다.

(리드 이미지: 타이탄을 타고 비행하는 잠자리에 대한 아티스트의 컨셉. 출처: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben)

스페이스 클럽(Space Club)