화성 이주 계획이나 달 기지 건설 소식이 나올 때마다 "그럼 우리도 곧 지구를 떠날 수 있는 거 아니야?"라는 질문을 자주 듣습니다.
일론 머스크의 화성 식민지 구상부터 아르테미스 달 탐사 계획까지, 뉴스만 보면 인류가 곧 다른 행성에서도 살 수 있을 것 같은 기대가 생기기 마련입니다.
그런데 실제로 태양계 행성들의 환경을 하나씩 뜯어보면, 지구가 얼마나 예외적으로 절묘한 조건을 갖추고 있는지 새삼 놀라게 됩니다.
단순히 "너무 뜨겁다" 혹은 "너무 춥다"는 이유만으로 다른 행성이 사람이 살 수 없는 곳이 되는 것은 아닙니다.
온도, 대기, 방사선, 물이라는 네 가지 조건이 동시에 맞아떨어져야 하는데, 태양계 어느 천체도 이 조건을 지구만큼 충족하지 못합니다.
이번 글에서는 그 구체적인 이유를 하나씩, 최대한 쉽게 풀어서 짚어보겠습니다.
목차
1. 온도의 극단, 금성과 화성이 보여주는 한계
2. 숨 쉴 수 없는 대기, 생존을 가로막다
3. 방사선과 자기장, 보이지 않는 위협
4. 물과 에너지, 생명 유지의 필수 조건
#1. 온도의 극단, 금성과 화성이 보여주는 한계
1) 금성, 뜨거운 지옥이 된 이유
크기와 질량이 지구와 가장 비슷해 '지구의 쌍둥이'라 불리는 금성이지만, 표면 평균 온도는 섭씨 465도에 달합니다.
이는 태양에서 더 가까운 수성보다도 높은 수치인데, 원인은 두꺼운 이산화탄소 대기가 만들어내는 폭주 온실효과입니다.
"그럼 극지방이나 고지대는 좀 낫지 않을까?"라는 의문이 들 수 있지만, 금성은 대기 순환이 매우 활발해 표면 전체가 거의 균일하게 뜨겁습니다.
밤과 낮의 온도 차이도 거의 없을 정도인데, 이는 짙은 구름층이 태양열을 행성 전체에 고르게 가두기 때문입니다.
납이 녹아 흐를 정도의 온도에서는 어떤 형태의 생명체도, 어떤 소재의 탐사 장비도 오래 버티기 어렵습니다.
실제로 옛 소련의 베네라 탐사선들은 금성 표면에 착륙한 뒤 채 두 시간을 버티지 못하고 통신이 끊긴 사례가 여러 차례 있었습니다.
이 정도로 가혹한 환경이라는 점이 금성을 인류 거주지 후보에서 가장 먼저 제외하게 만드는 이유입니다.
(1) 금성 구름 속 미생물 가설
흥미롭게도 금성 표면이 아닌 상공 50~60킬로미터 구름층은 온도와 기압이 지구와 비슷한 수준이라는 점에서, 이 고도에 떠다니는 형태의 미생물이 존재할 가능성이 학계 일각에서 제기된 적이 있습니다.
다만 이는 아직 가설 단계이며, 사람이 실제로 거주할 수 있는 환경과는 거리가 멀다는 점을 짚어둘 필요가 있습니다.
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2) 화성, 얼어붙은 사막의 현실
반대로 화성은 평균 기온이 영하 60도 안팎으로, 적도 지역 한낮에는 20도 가까이 오르기도 하지만 밤이 되면 다시 영하 70~80도까지 떨어집니다.
하루 동안의 기온 변화 폭이 지구와는 비교할 수 없을 만큼 극심합니다.
화성에 물이 흐른 흔적이 있다는 이유로 "그럼 예전에는 사람이 살 수 있었던 거 아니냐"는 이야기도 종종 나옵니다.
실제로 수십억 년 전 화성에는 액체 물과 두꺼운 대기가 있었을 가능성이 높다는 것이 학계의 대체적인 시각입니다.
다만 자기장이 사라지면서 대기가 우주로 빠져나갔고, 지금의 춥고 메마른 환경으로 바뀌었다는 설명이 일반적입니다.
(1) 화성 극지방의 계절 변화
① 화성도 지구처럼 자전축이 기울어 있어 사계절이 존재합니다.
② 겨울철에는 극지방의 드라이아이스가 두껍게 쌓였다가 여름이 되면 승화해 사라집니다.
③ 이런 계절 변화는 대기 중 이산화탄소 농도를 주기적으로 변화시킵니다.
④ 계절에 따른 큰 기온 편차는 장비와 인체 모두에 지속적인 스트레스를 줍니다.
(2) 화성의 모래폭풍 문제
화성은 때때로 행성 전체를 뒤덮는 대규모 모래폭풍이 발생하는 것으로도 유명합니다.
2018년에는 이런 전 지구적 모래폭풍으로 태양광 패널에 의존하던 오퍼튜니티 탐사선이 결국 임무를 종료한 사례가 있었을 만큼, 에너지 공급 측면에서도 큰 변수로 작용합니다.
행성
표면 평균 온도
주요 원인
금성
약 섭씨 465도
이산화탄소 폭주 온실효과
지구
약 섭씨 15도
적절한 온실효과와 대기 순환
화성
약 영하 60도
얇은 대기, 낮은 태양복사 흡수
※ 표면 온도는 NASA 행성 자료(Planetary Fact Sheet) 기준 평균값이며, 관측 시점과 지역에 따라 차이가 있을 수 있습니다.
#2. 숨 쉴 수 없는 대기, 생존을 가로막다
1) 대기 조성의 문제
설령 온도 문제를 방호복이나 기지로 해결한다 해도, 대기 성분 자체가 사람이 숨 쉴 수 없는 조성이라는 점이 더 근본적인 장벽입니다.
금성과 화성 모두 대기의 약 95% 이상이 이산화탄소로 이루어져 있어, 인간이 그대로 호흡할 경우 곧바로 질식으로 이어집니다.
지구 대기는 질소 78%, 산소 21% 비율로 구성되어 있는데, 이 비율이 조금만 달라져도 인체에는 치명적입니다.
산소가 너무 적으면 저산소증이, 반대로 너무 많으면 산소 중독이 발생할 수 있다는 점에서 지구의 대기 조성은 절묘한 균형을 이루고 있는 셈입니다.
목성이나 토성 같은 가스형 행성들은 아예 딛고 설 단단한 표면조차 없이 수소와 헬륨으로 이루어진 두꺼운 대기만 존재하기 때문에, 애초에 '착륙'이라는 개념 자체가 성립하지 않습니다.
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2) 대기압과 인체에 미치는 영향
"우주복만 있으면 어디서든 버틸 수 있는 거 아니야?"라고 생각하기 쉽지만, 대기압 차이는 우주복으로도 완전히 상쇄하기 어려운 변수입니다.
금성의 표면 기압은 지구의 약 92배에 달해 심해 잠수함 수준의 압력을 견뎌야 하고, 반대로 화성의 대기압은 지구의 0.6% 수준에 불과해 액체 상태의 물이 표면에서 곧바로 끓어 증발해버립니다.
(1) 인체가 견딜 수 있는 압력 범위
① 사람은 대기압이 지구의 절반 이하로 떨어지면 산소 흡수 효율이 급격히 낮아집니다.
② 압력이 지구의 몇 배 이상으로 높아지면 폐와 혈관에 무리가 갑니다.
③ 화성처럼 기압이 극단적으로 낮은 환경에서는 밀폐 우주복 없이 몇 초도 버티기 어렵습니다.
④ 이런 이유로 화성 기지 설계에서는 실내 기압을 지구 수준으로 인위적으로 맞추는 것이 핵심 과제로 꼽힙니다.
(2) 소리와 통신의 차이
대기가 희박한 화성에서는 소리 전달 방식도 지구와 다릅니다.
공기 분자가 적다 보니 소리가 상대적으로 작고 왜곡되어 들린다는 점이 탐사 로버의 마이크 녹음을 통해 확인된 바 있습니다.
이런 세세한 차이들 역시 화성이 지구와는 근본적으로 다른 물리 환경이라는 점을 보여줍니다.
(3) 화성 대기로 산소를 만드는 실험
NASA의 퍼서비어런스 탐사선에는 '목시(MOXIE)'라는 장치가 실려 있어, 화성의 이산화탄소 대기에서 산소를 추출하는 실험이 실제로 진행된 바 있습니다.
"그럼 이 기술로 화성에서도 숨 쉴 수 있는 거 아니야?"라는 질문이 나올 법하지만, 이 장치가 만들어낸 산소량은 극소량에 불과해 아직 사람이 호흡할 수 있는 수준과는 거리가 멀다는 점을 함께 알아두면 좋습니다.
#3. 방사선과 자기장, 보이지 않는 위협
1) 자기장이 없는 행성들의 위험
지구가 생명체를 지켜낼 수 있었던 또 하나의 이유는 눈에 보이지 않는 자기장 덕분입니다.
지구 내부의 액체 외핵이 만들어내는 자기장은 태양풍과 우주 방사선을 우주 공간으로 튕겨내는 보호막 역할을 합니다.
반면 화성은 과거에는 자기장을 갖고 있었지만 수십억 년 전 핵 활동이 식으면서 대부분 사라졌고, 그 결과 대기 입자들이 태양풍에 서서히 깎여 나갔다는 것이 현재까지의 유력한 설명입니다.
금성 역시 자체 자기장이 거의 없어 태양풍의 직접적인 영향을 받습니다.
(1) 화성 대기가 사라진 과정
① 화성 핵의 열이 식으면서 다이너모 효과가 멈춰 자기장이 약해졌습니다.
② 자기장 보호막이 사라지자 태양풍이 대기 입자를 직접 날려 보냈습니다.
③ 이 과정이 수억 년에 걸쳐 이어지며 지금의 희박한 대기만 남게 됐습니다.
④ NASA의 메이븐 탐사선은 이 대기 유실 과정을 실시간으로 관측하기도 했습니다.
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2) 우주 방사선이 인체에 미치는 영향
"방사선이 그렇게까지 위험한가?"라는 질문에 답하자면, 화성 표면에서 측정되는 방사선량은 지구 표면보다 훨씬 높은 수준으로 알려져 있습니다.
지구는 자기장과 두꺼운 대기라는 이중 방어막이 있지만, 화성은 얇은 대기와 사라진 자기장 탓에 우주 방사선과 태양 플레어에 그대로 노출됩니다.
(1) 장기 체류 시 우려되는 건강 문제
① 세포 손상과 DNA 변이 위험이 누적될 수 있다는 연구 결과가 다수 보고되고 있습니다.
② 장기간 노출 시 암 발생 확률이 높아질 수 있다는 우려가 꾸준히 제기됩니다.
③ 중추신경계에 영향을 줄 수 있다는 동물 실험 결과도 함께 논의되고 있습니다.
④ 이런 이유로 화성 유인 탐사 계획에서는 방사선 차폐 기술이 핵심 과제로 다뤄지고 있습니다.
(2) 차폐를 위한 연구 방향
현재 연구되고 있는 방식으로는 지하 동굴이나 용암 튜브를 활용해 자연 지형으로 방사선을 막는 방안, 물이나 얼음을 벽체로 활용해 방사선을 흡수하는 방안 등이 거론됩니다.
다만 아직까지는 어느 방식도 지구의 자기장과 대기가 제공하는 수준의 보호막을 완전히 대체하지는 못한다는 것이 중론입니다.
※ 방사선 관련 수치는 NASA 큐리오시티 탐사선(RAD 장비) 관측 자료를 인용한 것으로, 연구 기관과 측정 시점에 따라 세부 수치는 다르게 발표될 수 있습니다.
#4. 물과 에너지, 생명 유지의 필수 조건
1) 액체 물이 존재하지 않는 이유
생명체가 살아가려면 액체 상태의 물이 안정적으로 존재해야 합니다.
그런데 앞서 살펴본 것처럼 금성은 너무 뜨거워 물이 진작 증발해버렸고, 화성은 기압이 너무 낮아 표면에서 물이 액체 상태를 유지하지 못한 채 곧바로 얼거나 증발합니다.
화성 지하에 얼음 형태의 물이 존재한다는 것은 여러 탐사 결과로 확인되었지만, 이는 어디까지나 얼어붙은 상태일 뿐 곧바로 활용 가능한 액체 물은 아닙니다.
이 얼음을 녹여 식수나 연료로 활용하려는 연구가 진행 중이지만, 아직 실제 유인 기지에 적용된 사례는 없습니다.
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2) 태양과의 거리 문제
"그럼 태양에서 조금 더 멀거나 가까운 행성을 찾으면 되지 않을까?"라는 질문도 나올 법합니다.
실제로 천문학에서는 액체 물이 존재할 수 있는 거리 범위를 '생명 가능 지대(habitable zone)'라 부르는데, 태양계에서는 지구가 거의 이 범위의 중심에 위치합니다.
(1) 생명 가능 지대 밖 행성들의 한계
① 금성은 생명 가능 지대보다 태양에 가까워 온실효과가 폭주했습니다.
② 화성은 생명 가능 지대 바깥쪽 경계에 걸쳐 있어 에너지가 충분치 않습니다.
③ 목성형 행성들은 애초에 단단한 표면조차 없는 가스 천체입니다.
④ 태양에서 훨씬 먼 천왕성과 해왕성은 표면 온도가 영하 200도 아래로 떨어집니다.
(2) 위성이라는 대안은 가능할까
목성의 위성 유로파나 토성의 위성 엔셀라두스처럼 얼음 지각 아래 액체 바다가 있을 것으로 추정되는 위성들도 주목받고 있습니다.
다만 이들 위성은 태양광이 거의 닿지 않는 데다 표면 온도가 매우 낮고, 인간이 직접 거주하려면 두꺼운 얼음층을 뚫고 지하 기지를 세워야 한다는 점에서 현재로서는 화성보다도 기술적 난이도가 높은 것으로 평가됩니다.
(3) 지구가 갖춘 마지막 퍼즐 조각
결국 지구가 태양으로부터 받는 에너지의 양, 대기가 그 에너지를 붙잡아두는 정도, 자전축 기울기로 인한 계절 변화까지 여러 조건이 동시에 맞아떨어진 결과가 지금의 안정된 기후라 할 수 있습니다.
이 조건들 중 단 하나만 어긋났어도 지구 역시 금성이나 화성처럼 생명이 살 수 없는 행성이 되었을 가능성이 큽니다.
조건
지구
금성 / 화성
대기 조성
질소 78%, 산소 21%
이산화탄소 95% 이상
자기장
존재함
거의 없거나 미약함
액체 물
표면에 안정적으로 존재
증발했거나 얼어 있음
※ 위 비교는 일반적으로 알려진 행성 과학 자료를 요약한 것으로, 세부 수치는 연구 기관에 따라 다소 차이가 있을 수 있습니다.
마무리
지금까지 온도, 대기, 방사선, 물이라는 네 가지 축을 중심으로 인간이 지구를 벗어나 태양계 다른 행성에서 살 수 없는 이유를 살펴봤습니다.
금성은 폭주한 온실효과로 인한 살인적인 고온이, 화성은 사라진 자기장과 얇은 대기로 인한 극한의 추위와 방사선이 발목을 잡습니다.
화성 이주나 우주 도시 건설 같은 이야기가 매력적으로 들리는 것은 사실이지만, 현재 기술 수준에서는 이런 조건들을 극복하기 위해 넘어야 할 산이 매우 많다는 점도 함께 기억해두면 좋을 것 같습니다.
관련 연구는 계속 진행 중인 만큼, 최신 소식은 NASA나 관련 우주 기관의 공식 발표를 통해 확인해보시길 권해드립니다.
어쩌면 인류가 진짜로 배워야 할 것은 다른 행성을 정복하는 기술보다, 지금 우리가 가진 이 하나뿐인 행성을 어떻게 더 오래 건강하게 지켜낼 것인가에 대한 고민일지도 모르겠습니다.
