(5) 외계 행성계 탐사와 외계 생명체 탐사-외계 행성계의 탐사 방법을 설명할 수 있다.- 지금까지 발견된 외계 행성계의 특징을 설명할 수 있다.- 외계 생명체가 존재할 수 있는 행성의 일반적인 조건을 설명할 수 있다.- 우주 생명체 탐사의 의의를 설명할 수 있다.(5)외계행성계 탐사와 외계생명체 탐사의 머릿글자 이번 소단원에서는 ‘우주행성계 탐사와 외계생명…’ blog.naver.com3 단원 외계행성계 탐사 및 외계생명체 탐사 출제 유형 및 학습방법
② 외계생명체 탐사-우주생명체: 우주생명체 탐사는 자연에 대한 이해는 물론 지구생명체를 이해하는 데 큰 도움이 되며, 우주생명체를 찾기 위해서는 생명가능지대에 위치해 단단한 표면이 있는 지구형 행성을 찾아야 합니다.
(1) 외계생명체: 지구가 아닌 공간에 사는 생명을 가진 존재로 지구의 생명체처럼 주로 탄소로 기본으로 하는 물질(유기물)로 구성되어 있다고 추정하고 있습니다. 이는 탄소는 최외각 전자수가 4개이고 탄소원자 1개는 최대 4개의 다른 원자와 결합할 수 있으며 다른 원자와 다양한 방식으로 결합해 복잡하고 다양한 화합물을 만들 수 있기 때문입니다.
(2) 생명 가능 지대: 별이 주위에서 물이 액체 상태로 존재할 수 있는 거리의 범위입니다. 생명 가능 지대는 별의 질량(광도)에 의존하며 질량이 클수록 중심 별에서 멀어지며 범위는 멀어집니다. 현재 태양계의 생명 가능 지대는 금성과 화성 사이에 위치합니다.
(3) 지구에 생명체가 존재할 수 있는 이유!태양으로부터 거리: 지구는 태양으로부터 약 1억 5000만 km 떨어져 있고 생명 가능 지대에 위치하고 있기 때문에 액체 상태의 물이 존재할 수 있었습니다. 이로 인해 대기 중 이산화탄소가 물에 녹아 온실효과가 적절히 일어나고 생명체가 살기에 적합한 온도가 되었습니다.
㉡ 물의 특성과 생명체의 존재 : 액체 상태의 물은 열용량이 크고 대량의 열을 장시간 보존(=비열이 높음)할 수 있으며 다양한 물질을 녹일 수 있는 좋은 용매이므로 생명체가 탄생하고 진화할 수 있는 서식환경으로서 중요한 요건이 됩니다. 지구에는 액체의 물이 존재하기 때문에 생명체가 출현할 수 있었고 현재와 같이 진화할 수 있었습니다.
㉢ 대기의 역할: 지구의 대기는 구성 성분과 양이 적절하여 태양으로부터 오는 자외선 등을 차단하고 생명체를 보호하는 역할을 합니다.
- 외계생명체가 존재하기 위한 행성의 조건(1) 생명가능지대(골디락스존)
【참고 자료 1】(왼쪽) 태양의 나이에 따른 생명 가능 지대, (오른쪽) 중심 별의 질량에 따른 생명 가능 지대: 생명 가능 지대의 정의는 물이 액체 상태로 존재할 수 있는 지역을 의미합니다. 따라서 중심별에 가까운 경계는 온도가 100도이고 중심별에서 바깥쪽에 위치한 경계는 온도가 0도인 지역을 의미합니다.
앞서 언급했듯이 생명가능지대는 중심별의 질량(광도)에 의해 결정되지만 중심별의 질량이 클수록 더 많은 에너지를 방출하므로 생명가능지대는 중심별에서 멀어지고 범위는 증가합니다. 반대로 중심 별의 질량이 작아질수록 생명 가능 지대는 중심 별에서 가까워지고 범위는 감소합니다. ([참고자료1]오른쪽)
또한 중심별이 진화하면 광도가 조금씩 증가하는데 태양도 시간이 지나면서 광도는 증가하므로 시간이 지날수록 생명가능지대의 거리와 폭은 증가합니다. ([참고자료1]왼쪽)
(2) 외계 생명체가 존재하기 위한 행성의 조건 ᄆᆯ 물이 액체 상태로 존재할 수 있는 생명 가능 지대에 위치해야 합니다.: 액체 상태의 물은 비열이 크고 다양한 종류의 화학물질을 녹일 수 있기 때문에 물에서 복잡한 유기물 분자가 생성될 수 있습니다.
㉡ 구성 성분과 양이 적절한 대기를 가지고 있어야 합니다.: 대기가 적절한 온실효과를 가져와 생명체가 살기에 적합한 온도를 유지할 수 있습니다.
㉢ 행성의 자기장이 우주에서 들어오는 고에너지 입자를 차단해야 합니다.: 행성의 자기장이 중심별이나 우주에서 들어오는 우주선 등 고에너지 입자를 차단해 생명체 존재에 유리한 환경을 만들 수 있습니다.
㉣ 행성에서 생명체가 탄생하고 진화하기 위해서는 행성이 생명 가능 지대에 오래 머물러 있어야 합니다.
- 중심 별이 질량이 큰 주계열성일 때: 질량이 큰 주계열성은 단위 시간당 에너지를 방출하는 양이 크기 때문에 수명이 짧다고 배운 적이 있습니다. 별의 수명이 짧아지면 별 주위를 공전하는 행성에서 생명체가 탄생해 진화할 시간이 부족하기 때문입니다.
- 우리 지구의 예를 봐도 최초의 생물체 화석(스트로마토라이트)은 지구가 생성된 지 8억 년의 시간이 지나 생성된 것을 보여주었지만 태양보다 질량이 큰 별은 수명이 수백만~수천만 년밖에 되지 않아 생물체의 등장이 어려워집니다.
- 2) 중심별이 질량이 작은 주계열성일 때
[참고 자료 2] 동주기 자전: 질량이 작은 주계열성은 단위 시간당 방출하는 에너지의 양이 적고 수명이 길지만 광도가 작기 때문에 생명 가능 지대는 중심별과 매우 가깝게 위치하게 됩니다. 이러한 생명가능지대 내에 위치한 행성은 중심별과 매우 가깝기 때문에 중심별의 기조력에 의해 자전속도가 느려지고 어느 순간 자전주기와 공전주기가 같아지는 동주기 자전현상이 일어나게 됩니다. 같은 현상으로 지구에 대한 달의 동주기 자전 현상이 있습니다.
동주기의 자전 현상이 일어나면 중심별과 마주보는 면은 계속 보이고 반대로 위치한 면은 중심별에 반대편만 바라보게 되므로 낮 지역은 온도가 매우 높고 밤 지역은 온도가 너무 낮아 액체 상태의 물이 존재할 수 없게 됩니다.(행성 자체의 평균 온도는 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 온도)
- 외계 생명체 탐사: 외계 행성계 탐사 결과 우리 은하에는 별이 행성을 거느리고 있는 외계 행성계가 많이 존재하는 것으로 나타났으며, 외계 생명체 탐사가 갖는 다양한 의의를 위해 세계 각국과 단체로 외계 생명체 탐사를 활발히 진행하고 있습니다.
- (1) 외계 지적 생명체 탐사(Search for Extra-Terrestrial Inteligence : SETI) : 외계 지적 생명체를 찾기 위한 일련의 활동을 통해 불리는 말로 전파망원경을 이용하여 외계 행성에서 오는 전파를 찾거나 전파를 보내 외계 지적 생명체를 찾고 있습니다.
- (2) 우주탐사기 : 태양계 천체를 중심으로 우주생명체를 탐사하는 탐사선과 탐사로봇으로 로제타호, 큐리오시티 등이 있습니다.
- ㉠ 로제타호: 혜성 67P를 탐사한 우주 탐사선으로 물과 유기물의 기원에 대한 정보를 얻기 위한 탐사를 실시했습니다.
- ㉡ 큐리오시티: 화성 탐사로봇으로 화성의 기후와 지질 및 물의 역할에 대한 조사와 미래 인간이 살 수 있는 환경 탐사에 대비한 행성의 생명체 연구를 진행하고 있으며, 최근 메테인(유기물)을 발견했습니다.
- (3) 우주망원경: 최근에는 우주망원경으로 생명가능지대에 속하는 외계행성을 찾아 행성의 대기성분을 분석해 생명체가 존재할 수 있는 환경인지를 파악하는 연구도 진행되고 있습니다.
- ㉠ 케플러 망원경(식현상이용): 2009년 발사된 우주망원경으로 2018년 11월 임무가 종료될 때까지 외계행성을 2600개 이상 발견했으며 생명체가 존재할 가능성이 높은 지구형 행성도 10여 개 발견했습니다.
- ㉡ 테스 망원경(주로 식현상이용): 2018년에 발사된 우주망원경으로 케플러 우주망원경보다 약 400배 넓은 영역을 탐사하면서 가동한 지 한 달 만에 행성을 가지고 있을 가능성이 높은 73개의 별을 발견했고 지구와 비슷한 규모의 행성 2개를 발견했습니다.
- ㉢ 제임스 웹 망원경(직접 관측): 2021년 12월에 발사된 우주 망원경으로 주요 임무는 적외선 영역에서 우주를 탐사하고 우주의 초기 상태에 대해 연구하는 것입니다. 또한 적외선 영역에서 탐사하기 위해 중심 별의 별빛을 차단하는 코로나그래프를 이용하여 외계행성과 주변 고리 등을 찾는 임무를 수행할 예정입니다.
- 외계생명체 탐사방법에 대한 내용은 다소 지엽적이어서 크게 중요하지 않았지만 지난해 12월 제임스 웹 우주망원경이 발사된 만큼 특히 올해는 평가원에서 우주망원경의 특징을 듣거나 외계행성계 탐사와 연계해 출제될 가능성이 있기 때문에 특징을 꼼꼼히 기억하는 것이 중요하다고 생각됩니다.
