[사이언스] 이웃 별에서 온 '신호', 외계문명이 바로 우리 옆에?

[풍요로운우주]

태양계에서 고작 4.3광년, 가장 가까운 외계행성에서 날아온 수상한 전파 신호 포착

[비즈한국] 전자레인지에 음식을 넣고 나서 알람이 울리기까지 1~2분의 그 짧은 시간도 참 참기
어렵다. 알람이 울리기 직전에 성급하게 문을 열고 살짝 덜 익은 음식을 꺼내먹은 적도 있다. 그런데
만약 당신이 외계 지적 문명의 신호를 추적하는 천문학자라면 이런 행동은 절대 해선 안 된다.
전자레인지의 전파가 망원경에 포착되어 외계 문명이 보낸 신호로 착각할 수 있기 때문이다. 
 
대체 어떤 어설픈 천문학자가 그런 실수를 할까 싶지만, 민망하게도 실제로 있었던 일이다.
신호의 정체가 천문대 주방에 있는 전자레인지였다는 사실을 모른 채, 흥미로운 전파 신호가
포착되었다며 천문학자들이 오랫동안 헛수고를 한 적이 있었다. 
 
최근 천문학자들에게 이 전자레인지 사건의 민망한 추억을 떠올리게 만드는, 또 다른 흥미로운
신호가 포착되었다. 그런데 이번 신호는 더욱 특별하다. 바로 태양계 바깥 가장 가까운 이웃 별
프록시마 센타우리에서 인공적인 시그널처럼 보이는 신호가 날아왔기 때문이다. 게다가 더욱
흥미롭게도, 바로 이 별 곁에는 오래전부터 생명이 살기 적합한 환경으로 추정되는 외계행성도
맴돌고 있다. 
 
이전에도 훨씬 멀리 떨어진 별이나 은하에서 강한 전파 신호가 관측된 적은 있었다. 하지만
이번처럼 생명이 살 법한 외계행성에서, 그것도 가장 가까운 곳에서 이런 신호가 날아온 것은
처음이다. 과연 이번에 포착된 전파 신호는 정말 태양계 바로 옆집의 외계인이 보내온 메시지일까? 

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[우주먼지] 지구에서 고작 4광년! 외계행성에서 이상한 전파가 날아왔다!! (feat. 전자레인지)

지구에서 겨우 4광년 떨어진 #프록시마센타우리 #외계행성 에서 이상한 전파가 날아왔습니다!
게다가 이곳은 #외계생명 이 살법한 행성으로 알려져있죠!! 과연 드디어 #천문학자 들이 그토록
찾던 #외계문명 의 #전파메시지 가 지구로 날아온걸까요?! 그 놀라운 이야기를 공개합니다! ...

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#전자레인지 별에서 온 그대  
 
1998년 천문학자들은 호주에 위치한 64미터 크기의 거대한 접시, 파크스 전파 천문대에서 이상한
신호를 포착했다. 약 1.4GHz의 주파수에서 250밀리초 정도의 짧은 시간 동안 강한 전파를 관측했다.
그런데 이 신호는 다른 흔한 전파 섬광과는 많이 달랐다. 보통 멀리 떨어진 별이나 은하에서 발생한
전파 섬광이라면, 아주 작은 점 광원으로 보여야 한다. 그런데 이 신호는 작은 점이 아니라 넓은 하늘
이곳저곳
전역에서 포착되었다. 
 
이건 전파 섬광의 광원이 먼 우주가 아니라 지구 주변 가까이에 있다는 뜻이다. 지구 곁을 맴도는
인공위성이나 비행기, 아니면 대기 중 번개 현상에 의한 것일 수 있었다. 하지만 당시에는 이 전파
섬광의 정체를 속 시원하게 설명하지 못했다. 천문학자들은 이 수상한 전파 섬광에게, 전설 속
사람들의 그림자를 사냥하는 크리처, 페리톤(Peryton)의 이름을 지어주었다.

호주에 위치한 파크스 전파 천문대. 사진=CSIRO Parkes Observatory

흥미로운 건 페리톤 신호가 주말, 밤보다는 주중, 낮 시간에 더 많이 포착된다는 점이었다. 사람들의
활동과 연관된, 인공적인 잡음이란 의심이 들기 시작했다. 천문학자들은 페리톤 신호를 만들어내는
진짜 범인을 찾기 위해서, 2014년 파크스 천문대 주변에 전파 잡음을 모니터링하는 장치를 설치했다. 
 
2015년 1월 천문학자들은 총 세 번에 걸쳐 1.4GHz의 페리톤 신호를 또 포착했다. 그런데 페리톤
신호가 포착될 때마다 또 다른 전파 잡음이 잡히는 것을 확인했다. 이 전파 잡음은 약 2.5GHz의
주파수를 띠고 있었다. 2.5GHz 주파수는 사실 우리 일상 속에서 쉽게 접할 수 있는 대역이다. 스마트폰이나 와이파이 공유기, 전자레인지에서도 나오는 주파수다. 천문학자들은 천문대 주변에서 이 정도의
주파수를 낼 만한 모든 물건을 샅샅이 뒤졌고, 결국 상상하지도 않았던 뜻밖의 범인을 찾아냈다.
바로 천문대 주방에 있던 낡은 전자레인지였다. 

당시 파크스 천문대가 포착한 여러 페리톤 신호 형태 그래프. 이미지=https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-637X/727/1/18

보통 전자레인지는 패러데이 케이지(Faraday Cage)라고 금속 그물망으로 사방이 막혀 있다. 각자 집에
있는 전자레인지를 열어보면 확인할 수 있다. 이 패러데이 케이지는 전자레인지 내부의 전자파가
바깥으로 새어나오지 않게 막아주는 보호막 역할을 한다. 그래서 음식을 데우면서 전자레인지가 돌아가는 동안, 그 바깥으로 해로운 전자파가 나오지 않게 해줄 수 있다. 
 
그런데 맞춰놓은 시간이 다 차서 전자레인지가 알아서 멈추기 전에, 서둘러서 문을 열고 음식을
꺼내먹으면 내부의 전자파가 바깥으로 새어나올 수 있다. 실제로 천문학자들이 확인한 결과, 천문대의
전자레인지를 돌려놓고 멈추기 전에 서둘러서 문을 열 때마다 망원경에 페리톤 신호가 잡혔다. 
 
결국 오랫동안 페리톤 신호를 설명하기 위해 다양한 가설을 상상하며 설렜던 천문학자들은 너무나
허탈한 실체를 확인하게 되었다. 페리톤 신호는 외계인의 메시지도, 지구 대기권의 번개도 아니었다.
그저 밤샘 연구로 출출했던 천문학자들의 부족한 참을성을 보여주었을 뿐이다. 

금속으로 만든 철장 형태의 패러데이 케이지는 전파가 새어나가거나 들어오지 않게 막아주는 역할을
한다. 사진=sciencefacts.com

전자레인지 소동이 있고 나서 천문학자들은 가급적 민감한 전파 천문대 주변에서는 전자레인지 사용을 지양하고 있다. 쓰더라도 반드시 타이머가 다 돈 다음에 문을 열도록 권한다. 밤새도록 관측하고 연구하다 보면 가끔 간단하게 냉동식품을 데워먹고 싶을 때가 많겠지만, 전파 천문대에서는 참을 필요가 있다. 이렇게 외계 지적 문명의 신호를 추적하는 연구를 하는 천문학자라면, (연구를 위해!) 인스턴트 식품을
덜 먹게 돼서 살 빠지는 데 도움이 좀 되지 않을까 싶기도 하다. 
 
이처럼 먼 우주에서 날아오는 전파 시그널을 추적할 때는 아주 신중할 필요가 있다. 지구 자체도
사방으로 다양한 전파를 방출하는 밝은 전파 광원이기 때문이다. 주변 도시에서 새어나오는 전파 잡음의 바다에서 우리가 보고자 하는 진짜 우주의 진짜 신호만 쏙 뽑아내는 기술이 필요하다. 자칫하면 인류
스스로가 내보낸 신호를 보고, 그것이 외계인이 보낸 신호라고 혼자 착각하고 들떠 민망한 실수를 할 수 있기 때문이다. 
 
#코앞의 외계행성에서 날아온 신호  
 
최근 다시 한번 천문학자들을 긴장하게 만드는 소식이 전해졌다. 페리톤 신호 때처럼 뭔가 자연적인
신호라고 보기는 어려운, 인공적인 전파로 의심되는 수상한 전파가 우주에서 날아왔다. 그런데 이번 신호는 더욱 특별하다. 신호가 날아온 곳이 태양계에서 겨우 4.3광년 거리에 떨어진 가장 가까운 이웃 별
프록시마 센타우리(Proxima Centauri)이기 때문이다. 
 
프록시마 센타우리는 태양에 비해서 질량이 겨우 10퍼센트밖에 안 되는, 아주 미지근하고 왜소한 붉은 별이다. 그러나 크기는 작지만 아주 특별한 별이다. 그 곁에 외계행성이 돌고 있기 때문이다. 2016년 천문학자들은 이 별이 미세하게 움직이면서 별빛의 파장이 짧아졌다가 길어졌다가를 반복하는 걸 발견했다. 바로 곁에 외계행성이 맴돌면서 별도 함께 움직이기 때문에 발생한 도플러 효과의 증거였다. 천문학자들은 이러한 중심 별의 미세하고 주기적인 움직임을 통해서 별 곁에 외계행성이 함께 돌고 있다는 걸 알아냈다. 

프록시마 센타우리 b 행성이 별 곁을 도는 모습. 이미지=ESO/M. Kornmesser

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Doppler effect of an exoplanet and star rotating around a barycenter (non-looping version)

In this animation, you see waves given off by a star (orange) that is in a mutual orbit around a barycenter (the "+" mark) with a planet (blue). Note the bar...

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이 도플러 효과를 활용한 ‘시선 속도 방법(Radial velocity method)’을 이용하면, 곁에서 별을 괴롭히는 행성의 중력의 세기, 즉 행성의 질량도 잴 수 있다. 천문학자들은 별 곁을 돌고 있는 프록시마 센타우리 b 외계행성이 지구와 거의 비슷한 덩치를 가진 행성임을 알아냈다. 이 행성은 매 11일 정도의 짧은 주기로 별 곁을 맴돌고 있다. 이 정도 짧은 주기면, 이 행성이 지구-태양 사이의 20분의 1밖에 안 되는 아주 가까운 거리에서 별에 바짝 붙어서 돌고 있다는 뜻이다. 
 
하지만 중심 별 자체가 워낙 어둡고 미지근한 별이기 때문에 오히려 이렇게 별에 가까이 놓여있는 이 행성의 온도는 생명이 살기 적합한 것으로 생각된다. 그래서 이 프록시마 센타우리 b 외계행성은 중심 별 곁에 액체 바다가 존재할 수 있는 적당한 범위인, 골디락스 존(Goldilocks zone), 즉 생명 거주 가능 구역에 있는 것으로 보인다. 그래서 천문학자들에게 이 행성은 태양계 바깥 가장 가까운 이웃 별에 살고 있는 생명이 살 법한 외계행성으로 많은 관심을 받고 있다. 일부 천문학자들은 보이저 탐사선이 멀리서 바라본 지구의 모습, 창백한 푸른 점에 빗대서 이 행성을 ‘창백한 붉은 점(Pale Red Dot)’이라는 재밌는 별명으로도 부른다. 

프록시마 센타우리 b 행성에서 본 노을의 상상도. 중심 별은 두 개가 서로의 곁을 맴도는 쌍성이다. 이미지=ESO/M. Kornmesser

하지만 이 행성이 사실 생명이 살기에는 그리 좋지 못한 환경이라는 반론도 있다. 중심 별과 너무 가까워 별 표면에서 분출되는 강력한 항성풍이나 플레어 등 강한 항성 폭발과 방사선에 행성이 그대로 노출될 수 있기 때문이다. 이런 강력한 항성풍을 고스란히 받는다면 행성의 대기나 물은 진작 다 날아가버렸을 것이다. 따라서 정말로 이 프록시마 센타우리 b 외계행성이 생명이 살기 좋은 환경인지를 파악하기 위해선 중심 별이 얼마나 난폭하고 활발한 별인지를 계속 모니터링해야 한다. 
 
그래서 천문학자들은 호주의 파크스 천문대를 이용해서 26시간에 걸쳐 프록시마 센타우리의 전파를 관측했다. 빠른 속도로 분출되는 별의 폭발을 전파 섬광의 형태로도 확인할 수 있기 때문이다. 그런데 지난 2019년 4월, 천문학자들은 전혀 예상치 않은 이상한 형태의 전파 시그널을 포착했다. 
 
#브레이크스루 리슨이 발표한 첫 번째 후보 신호 
 
이번엔 프록시마 센타우리 방향 하늘에서 982MHz 주파수를 중심으로, 바늘처럼 아주 좁고 선명한 전파 신호를 포착했다. 누군가 인공적으로 특정한 주파수에 신호를 맞춰서 보내온 방송 신호처럼 보일 정도였다. 보통 자연적인 현상이라면 더 넓은 주파수 범위에 부드럽게 퍼진 형태로 들어와야 한다. 
 
천문학자들은 관측할 때 정확하게 원하는 타깃의 신호만을 뽑아내기 위해서 노딩(Nodding)이란 방식을 쓴다. 같은 시간 동안 타깃이 있는 방향의 하늘과 타깃이 없는 다른 쪽 방향의 하늘 아무 곳을 관측한다. 이후 타깃이 있는 하늘을 봤을 때의 신호에서 타깃이 없는 하늘을 봤을 때의 신호를 빼면, 순수하게 원하는 타깃의 신호만 추출할 수 있다. 천문학자들은 세 시간씩 번갈아가면서 프록시마 센타우리 쪽 하늘과 다른 방향의 하늘을 관측해 신호를 확인했다. 이 노딩 작업을 통해서 이번 신호가 프록시마 센타우리 쪽 하늘에서 날아오고 있다는 걸 확인했다. 1~2분도 아니고 세 시간 이상 한 타깃에서 강한 전파 신호가 날아온다는 건 정말 이상하게 느껴진다. 대체 이 신호의 정체는 무엇일까? 

이번에 프록시마 센타우리에서 새롭게 포착된 BLC-1 신호. 이미지=http://sites.psu.edu/

천문학자들은 이미 반세기 전에 지구 전역의 거대한 전파 안테나를 동원해 지구 바깥 외계 지적 문명의 신호를 추적하는 세티(SETI) 프로젝트를 시작했다. 하지만 아쉽게도 지금까지 만족스러운 성과를 내지
못하고 있다. 그래서 세티의 뒤를 이어 그 정신을 계승한, 더 거대한 프로젝트를 시작하고 있다. 
 
러시아 출신의 실리콘밸리 갑부, 유리 밀너(Yuri Milner)의 제안으로 시작된 브레이크스루 리슨(Breakthrough Listen)이다. 무려 1억 달러라는 어마어마한 예산을 투입해, 지구 전역의 전파 천문대가
관측하고 수집한 모든 데이터를 모아서, 한꺼번에 이전보다 10배 더 넓은 하늘을 100배 더 빠른 속도로 훑어봐서 외계 문명의 존재 여부를 확인하겠다는 대담한 미션이다. 
 
2015년 시작된 브레이크스루 리슨 프로젝트도 사실 지금까지 별다른 소식 없이 잠잠했다. 그런데
이 프로젝트의 일환으로 파크스 천문대가 관측했던 데이터를 다시 살펴보던 중 프록시마 센타우리
쪽 하늘에서 이상한 전파 신호가 포착되었다는 사실을 뒤늦게 확인한 것이다. 천문학자들은 이 놀라운
전파신호에 브레이크스루 리슨이 확인한 첫 번째 외계인 후보 신호 BLC-1이라는 라벨을 붙여주었다. 
 
천문학자들은 그토록 찾고 싶어한 외계 문명의 신호를 드디어 찾은 걸까? 
 
#외계인의 편지? 숨은 첩보 위성? 
 
이 신호가 외계인의 메시지라고 단언할 수는 없다. 외계인이 보낸 신호가 아니라면 대체 이 이상한
신호를 어떻게 설명할 수 있을까? 
 
우선 가장 유력한 가능성으로 지구 곁을 맴도는 인공위성을 생각해볼 수 있다. 다만 대부분의 상업용
위성들이 돌고 있는 지구 저궤도에서는, 위성들이 아주 빠른 속도로 한두 시간 주기로 지구를 한 바퀴
돈다. 그래서 이번 BLC-1 신호처럼 세 시간 넘게 그 신호가 잡히긴 어렵다. 
 
대신 지구에서 훨씬 멀리 떨어져서 아주 느리게 돌고 있는 인공위성이라면 가능하다. 예를 들면
60년대 후반 소련에서 주로 발사한 독특한 궤도의 인공위성을 생각해볼 수 있다. 당시 소련은 65도
정도로 크게 기울고, 아주 크게 찌그러져 이심률이 큰 거대한 타원 궤도로 통신 위성을 올렸다.
이렇게 하면 위성이 지구에 가장 멀리 떨어져 있을 때, 위성이 아주 느리게 움직이기 때문에 7~8시간
정도 인공위성의 신호를 쭉 받을 수 있다. 또 아주 큰 각도로 궤도가 기울어져 있기 때문에 러시아가 있는 고위도 지역에서 위성의 신호를 받을 수 있다. 이렇게 크게 기울고 크게 찌그러진 타원 궤도를 몰니야
궤도(Molniya orbit)라고 한다. 

크게 찌그러진 타원 궤도를 도는 몰니야 궤도의 모습. 이미지=smallsats.org

게다가 재밌게도 이번 신호가 날아온 프록시마 센타우리는 지구의 적도를 기준으로 남쪽으로 약 60도
방향에 위치한 별이다. 몰니야 궤도를 도는 인공위성들의 궤도 기울기와 비슷한 수치다. 어쩌면 마침 우연히 프록시마 센타우리가 떠 있는 쪽 하늘에 어떤 비밀 첩보 위성이 몰니야 궤도를 돌며 지나가면서,
긴 시간 동안 선명한 전파 신호를 보내왔을 가능성을 생각해볼 수 있다. 하지만 현재로선 정보가 공개된 위성들의 목록에서는, 이번 이상한 전파 신호를 설명할 수 있는 위성은 없어 보인다. 그래서 이번 신호의 정체가 무엇인지 아직은 결론지을 수 없는 상황이다. 
 
사실 이번에 포착된 BLC-1 전파의 빔 사이즈(Beam size)는 지구의 하늘에서 0.25도 정도의 너비로 보름달 너비의 절반 정도에 해당한다. 물론 아주 넓은 반경은 아니지만, 이번 신호가 정확하게 꼭 프록시마
센타우리 b 외계행성에서 왔다고는 단언하기 어렵다. 같은 빔 사이즈 반경 안에 들어오는, 훨씬 더 멀리 떨어진 다른 배경 별에서 날아온 전파일 가능성도 아직은 배제할 수 없다. 
 
이번 발견은 공식적인 논문으로 발표되기 전에 언론을 통해 세상에 알려지게 됐다. 천문학자들은 BLC-1 신호에 대한 심층적인 분석이 담긴 논문을 내년 2021년 초에 발표할 계획이라고 밝혔다. 그래서 현재로선 이 당혹스런 신호의 정체에 대해 여러 천문학자들이 다양한 해석을 던지는 상황이다. 신호가 정확히 어떤 특징을 갖고 있는지, 그 신호 안에 지적 존재가 보내온 것으로 의심되는 독특한 패턴이 들어있는지 등의 이야기는 아직 확인되지 않았다. 
 
반세기에 가까운 적지 않은 시간 동안 지구 바깥 우주에서 날아오는 방대한 전파를 수집하고 분석한 천문학자들은 빠르면 다음 반세기 안에 외계 문명이 있는지 없는지를 높은 신뢰도로 이야기할 수 있게 될 것이라 전망했다. 마침 그 기한이 서서히 다가오는 지금, 이상한 전파 신호가 다시 한번 지구로 날아온 것이다. 

이번에 포착된 신호의 정체는 외계인일까? 아니면 예전처럼 전자레인지에 낚인 걸까? 이미지=iop.org

 이번엔 외계 문명의 전파 신호를 포착한 것일까? 그것도 지구에서 수천 수만 광년 멀리 떨어진 별이 아니라 겨우 4.3광년 거리에 떨어진, 바로 옆집 외계행성에서 말이다. 등잔 밑이 어둡다는 말처럼 이웃 별에 지구 못지않은 수준의 외계 문명이 존재하는 걸까? 아니면 우리가 알지 못하는 자연 현상 또는 인공위성의 장난이었을까? 혹시 이번에도 어떤 배고픈 천문학자가 전자레인지를 몰래 돌린 것은 아닐까? 
 
21세기 버전의 와우 시그널(Wow signal)로 불리게 된 이번 BLC-1의 정체가 결국 어떻게 밝혀질지, 앞으로 진행될 천문학자들의 분석이 기대된다. 지구에 사는 모든 존재들이 더 행복한 새해가 되길 바라며, 빵상! 
 
참고
https://www.nature.com/news/microwave-oven-blamed-for-radio-telescope-signals-1.17510
https://academic.oup.com/mnras/article/451/4/3933/1119649
https://www.nature.com/articles/s41598-020-69724-2
https://www.scientificamerican.com/article/how-many-aliens-are-in-the-milky-way-astronomers-turn-to-statistics-for-answers/
https://www.scientificamerican.com/article/alien-hunters-discover-mysterious-signal-from-proxima-centauri/
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-637X/727/1/18
 
필자 지웅배는? 고양이와 우주를 사랑한다. 어린 시절 ‘은하철도 999’를 보고 우주의 아름다움을
알리겠다는 꿈을 갖게 되었다. 현재 연세대학교 은하진화연구센터 및 근우주론연구실에서 은하들의
상호작용을 통한 진화를 연구하며, 강연과 집필 등 다양한 과학 커뮤니케이션 활동을 하고 있다. ‘썸
타는 천문대’, ‘하루 종일 우주 생각’, ‘별, 빛의 과학’ 등의 책을 썼다.

지웅배 과학칼럼니스트 galaxy.wb.zi@gmail.com

링크: https://post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=30335270&memberNo=30808112&navigationType=push

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[계 정혜]

고맙습니다