최근 소행성 베누에서 샘플을 발견했다는 나사의 발표가 있었습니다. 분명 소행성에는 공기가 없습니다. 공기가 없는 행성에서 물이 있을 수 있나요.
이전부터 지구 밖으로 탐사선을 보내면서 물을 찾는다고 했을 때도 의구심이 생겼는데, 그리고 여러 곳에서 물을 흔적을 발견했다는 이야기도 있었지만 흘려보냈습니다. 그러다 이번에는 소행성 베누에서 가져온 샘플에서 물을 찾았다고 했을 때는 정말 이상했습니다.
공기가 없는데 어떻게 물이 있을까 생각했는데 사실은 이 질문이 잘못된 겁니다. 어릴 때부터 받아온 교육의 학습 결과가 아닐까 합니다. 생명체가 살아가는데 물이 있어야 하고 공기도 있어야 합니다, 여기서 이야기하는 공기는 산소를 말하는데, 이 두 가지는 인간이 살아가기 위해서는 반드시 있어야 합니다. 그러다 보니 물이 있다면 공기도, 하는 생각이 먼저 나왔죠.
물의 흔적이 발견된 행성으로는
1. 화성 : 화성 표면과 지하에는 액체 상태의 물이 존재할 가능성
2. 목성의 위성 유로파 : 유로파의 표면은 얼음으로 덮여있지만, 내부에는 액체 상태의 바다 존재 가능성.
3. 토성의 위성 타이탄 : 타이탄 표면에는 메탄과 에탄으로 이루어진 호수가 존재.
생각해 보면 그동안 관심이 없더라도 물의 흔적에 대해 들었을 것 같은 행성입니다.
상식적인 생각에서는 물이 존재하기 위해서는 대기가 있어야 할 것 같지만, 행성에서 물이 존재하기 위해서는 공기의 여부는 중요하지 않습니다. 그 예를 들면 해저에는 공기가 없는데도 물이 존재합니다. 이런 설명은, 물이 모여서 고여있으니 당연히 밑바닥에는 물이 있는 것이 당연한 것이 아닌가 생각했는데요,
물이 존재하기 위해서, 필요한 조건은 대기, 중력, 온도로, 여기서 대기는 산소뿐만 아니라 가스 종류를 포함하는 대기를 말합니다. 하지만 위에서 열거한 것 중에서 공기는 없더라도 행성 표면에 물이 존재할 수 있습니다. 그 예로 가까운 달을 찾아볼 수 있는데요, 달은 대기가 없습니다만, 표면에는 얼음과 물의 흔적을 발견했습니다. 대기가 없더라도 중력이 충분히 크면 물을 액체 상태로 가두어 둘 수 있습니다.
물이 액체 상태로 존재하기 위해서는 일정한 압력과 온도가 필요합니다. 공기가 존재하면 압력을 높여 물을 액체 상태로 유지하는 데 도움이 될 수 있지만, 공기가 없더라도 충분한 압력이 유지된다면 물이 액체 상태로 존재할 수 있습니다.
해저 깊은 곳에서는 공기가 없지만, 물 위에 물이 있기에 해저에도 물이 있는 것이지만, 과학적으로는 그 물 높이만큼의 압력이 있다면 물은 존재할 수 있습니다.
이번에 물의 흔적을 발견한 소행성 베누의 표면 온도는 약 120~150도에 달하며, 대기압은 지구의 100만분의 1 수준으로 매우 낮습니다. 이러한 환경에서는 공기가 존재하기 어렵습니다. 소행성 베누에 물이 있다면 내부에 있을 것으로 추정하고 있습니다.
베누에 물이 있다고 해도 지구처럼 파이프만 꽂아서 물을 퍼 올린다고 해서 호수가 생기고 바다를 만들 수는 없을 겁니다. 대기압이 낮아 물이 표면으로 올라오는 즉시 공중으로 날아가 버리겠죠. 지구처럼 지하의 물을 지상으로 끌어올리는 것이 아닌 공기를 모으듯이 물도 포집해야 할 겁니다.
지구의 해저 분화구에서도 산소가 희박하여 무기호흡으로 알려진 방법으로 호흡하는데요, 이들 생명체는 해저 화산 열과 열수구에서 뿜어나오는 뜨거운 물로 영양분을 제공받아 살아가고 있습니다.
또, 산소가 없는 환경으로 많이 알려져 있고 잘 알고 있는 흔한 변화 과정이 있는데요, 바로 발효입니다. 물론 발효과정에서 공기에 노출되면 또 산소가 있는 환경에서 살아갈 수도 있는데요, 기본적으로 발효는 산소가 없는 환경에서 무기 호흡을 통해 에너지를 얻고 있습니다.
산소가 없는 환경에서 사는 해저 분화구의 열수 균, 인간의 장내에 서식하고 발효를 통해서 에너지를 얻는 혐기성 세균을 이야기할 수 있는데, 이들은 산소가 없는 환경에서 생존하면서 결국은 산소로 호흡하고 있습니다. 산소가 없는 환경에서 일어나는 호흡을 무기호흡이라고 부르는데요, 화학적 반응을 통해 산소를 얻습니다.
암모니아 산화 : 암모니아를 질산으로 산화시키는 반응.
황산 환원 : 황산을 황으로 환원시키는 반응.
질산 환원 : 질산을 질소로 환원시키는 반응.
산소가 없는 환경에서 발견되는 생명체 역시 결국은 산소로 호흡하고 있습니다.
외계 생명체를 찾는 과학자는 이런 방법으로 산소가 없는 외계 행성에서도 생명체가 있으리라는 것이 중론입니다. 하지만 외계에는 암모니아로 호흡하고 메탄을 주 구성원으로 살아가는 생명체는 없을까요. 이런 질문에 사실은 과학자도 부정하지 않습니다.
이번 기회에 조금, 아주 조금 배우면서 평소 생각하지 못했던 다양한 지식을 과학자들은 상상을 통해서 연구하고 발전시켜 왔습니다. 외계 행성에 물이 있는지 산소가 있는지 찾는 방법도 대단하네요. 그리고 해저 분화구 생명체도 역시 최종 단계에서는 산소로 호흡한다는 것도 처음 알았습니다.
그리고 소행성 베누는 로마 신화에서 불의 여신인 베스타의 이름을 따서 명명되어 정식명칭은 베스타(Vesta)입니다. 아시아 일부 나라에서 베누라는 이름을 사용하고 그 외의 나라에서는 베스타(Vesta)로 불립니다.