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2015년 8월 17일 월요일

우주 이야기 366 - 외계 행성의 광합성 증거 찾기


 지난 수십 년간 외계 행성에 대한 우리의 지식이 증가했지만, 아직 우리가 모르는 부분이 많이 남아 있습니다. 특히 어떤 행성에 생명체가 살 수 있는가라는 질문은 아직 해결이 멀어 보입니다. 현재까지는 대부분의 외계 행성을 간접적인 방법으로 알아낼 수 있을 뿐이기 때문입니다.

 한 가지 힌트는 광합성의 증거를 확보하는 것입니다. 대규모의 광합성이 일어나는 지구 같은 행성이 있다고 가정할 경우, 이 행성에서 반사되는 빛은 그렇지 않은 경우와 미묘하게 다를 것입니다. 프라이부르크 대학의 스베틀라나 베르디우기나 교수(Prof. Dr. Svetlana Berdyugina from the Institute of Physics of the University of Freiburg and the Freiburg Kiepenheuer Institute for Solar Physics)​와 그 동료들은 구체적으로 어떤 차이를 만들 것인지에 대해서 연구했습니다.


 광합성을 하는 다양한 식물들은 자신에게 필요한 파장대의 태양 에너지를 흡수합니다. 예를 들어 우리가 흔히 보는 식물의 광합성 색소인 엽록소(Chlorophyll pigments)의 경우 잘 알려진 것처럼 파란색에서 붉은색 파장은 흡수하고 녹색 파장은 반사시키기 때문에 녹색으로 보입니다. 적외선 영역에서는 절반 정도 반사시키고 절반은 통과시킵니다.


 하지만 외계 행성의 식물은 지구와는 다른 파장을 흡수해서 광합성을 하는 방법을 진화시켰을 수도 있습니다. 태양과는 다른 파장에서 에너지를 가장 많이 방출하는 별 주변의 행성에서는 다른 형태의 식물이 진화할 수 있기 때문이죠.
  그러나 과학자들은 이를 식별할 방법을 알고 있습니다. 바로 식물의 잎이 발생시키는 편광현상이죠. 따라서 편광 필터를 통해서 구체적으로 어떤 파장대의 빛이 반사되면서 흡수되고 변화했는지를 알 수 있습니다. (아래 그림 참조)  



(The polarized light reflected from the leaf contains a footprint of the leaf's biopigments. These biosignatures can be detected with a polarization filter, shown here as a pair of sunglasses.
Credit: Illustration: Svetlana Berdyugina)
 이와 같은 식별이 가능하려면 외계 행성에 대한 매우 상세한 직접 관측이 가능해야 합니다. 불행히 현재까지는 가능하지 않은 일이기도 하죠. 하지만 앞으로 더 강력한 망원경들이 등장하면 미래에는 불가능하지 않은 일이 될 수도 있습니다.
 만약 이와 같은 관측이 가능해지면, 직접 그 행성에 가보지 않더라도 생명 현상에 대한 간접적인 증거 수집이 가능해질 것입니다. 그렇다면 우주에 얼마나 흔하게 생명체가 존재하는가 라는 질문에 부분적으로나마 답할 수 있게 될 것입니다.
 아직은 미래의 일이지만, 언젠가 인류는 그 해답을 알게 될 것이라고 생각합니다.

 참고

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Journal Reference:
  1. Svetlana V. Berdyugina, Jeff R. Kuhn, David M. Harrington, Tina Šantl-Temkiv, E. John Messersmith. Remote sensing of life: polarimetric signatures of photosynthetic pigments as sensitive biomarkersInternational Journal of Astrobiology, 2015; 1 DOI:10.1017/S1473550415000129  






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