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[강연] 외계생명체의 가능성, 극한생명체 ㅣ 2021 봄 카오스강연 'SPACE OPERA' 9강 미니강연 2 | 9강 ②

극지연구소는 남극과 북극에서 지구 환경 변화를 연구하는 전문 기관으로, 세종과학기지와 쇄빙연구선 아라온을 운영하며 해양학, 대기과학, 생물학 등 다양한 분야를 탐구합니다. 많은 이들이 화성에 외계 생명체가 존재할지 궁금해하지만, 과학적 관점에서 화성은 생명체가 살기에 매우 가혹한 환경입니다. 화성은 지구보다 태양에서 멀어 기온이 영하 20도에서 80도를 오르내리며, 극지방은 영하 140도까지 내려가는 거대한 얼음 행성입니다. 또한 대기가 희박해 산소 농도가 0.1%에 불과하며, 자기장이 없어 태양풍이 공기와 물을 앗아간 척박한 땅입니다. 화성의 얇은 대기권은 우주 자외선과 태양풍, 우주 방사선 등 강력한 이온 입자들을 여과 없이 지표면으로 통과시킵니다. 이러한 고에너지 입자들은 생명체의 설계도인 DNA를 직접 파괴하거나 치명적인 돌연변이를 유발합니다. DNA는 본래 수소 결합을 통해 유연하게 복제되고 단백질을 만들어내야 하지만, 강력한 자외선은 이 결합을 비정상적인 공유 결합으로 바꾸어 생명 활동을 방해합니다. 이처럼 극심한 추위와 산소 부족, 그리고 끊임없이 쏟아지는 우주 방사선은 화성에서 생명체가 진화하고 번성하는 데 있어 거대한 장벽으로 작용하고 있습니다. 하지만 지구의 극지방을 살펴보면 화성 생명체에 대한 새로운 희망을 발견할 수 있습니다. 과거 과학자들은 영하 80도까지 내려가는 남극의 혹독한 환경에는 생물이 살 수 없다고 믿었지만, 실제로는 얼음 속에서도 수많은 박테리아가 발견되었습니다. 그린란드의 곤충들은 털도 없이 영하 40도의 추위를 견디며, 어떤 애벌레는 땅속에서 14년을 버틴 끝에 성체가 되기도 합니다. 또한 영하 24도에서 광합성을 하는 지의류나 암석 속에서 수백 종의 미생물과 함께 살아가는 곰팡이들은 생명력이 우리가 상상하는 것보다 훨씬 강인하다는 사실을 증명합니다. 극한 환경에 적응한 생명체들은 산소가 희박하거나 염도가 높은 곳에서도 저마다의 생존 전략을 펼칩니다. 지하 2.7km의 고온 고압 환경에서 발견된 미생물이나 산소가 없는 혐기성 조건에서 포자를 만들어 버티는 박테리아들이 그 예입니다. 또한 '데이노코쿠스'라는 박테리아는 여러 벌의 염색체를 보유해 손상된 DNA를 즉각 복구하며 강한 우주 방사선을 견뎌냅니다. 바닷물보다 10배나 짠 호수에서 항산화 물질을 만들어내며 붉게 빛나는 녹조류처럼, 지구상의 극한 생물들은 화성의 열악한 조건에서도 생존할 수 있는 가능성을 충분히 보여주고 있습니다. 화성 생존의 가장 강력한 후보로는 완보동물을 꼽을 수 있습니다. 이들은 심해저부터 히말라야, 남극에 이르기까지 지구 전역에 서식하며 우주 공간에서도 살아남은 기록이 있습니다. 완보동물은 환경이 나빠지면 체내 수분을 내보내고 생명 활동을 멈추는 '튠(Tun)' 상태에 들어가는데, 이 상태에서는 영하 20도에서 30년 이상 생존하거나 강력한 우주 방사선과 압력도 견뎌낼 수 있습니다. 특수한 단백질로 DNA를 보호하는 이들의 능력은 우주 생물학 연구의 핵심이며, 극지연구소는 이러한 극한 생명체를 통해 화성 탐사의 해답을 찾아가고 있습니다.

이유경

카오스재단카오스강연

천문학

[인터뷰] 이유경_ 외계생명체를 극지생명체로 추측하는 이유 | 2021 봄 카오스강연 'SPACE OPERA'

북극은 흔히 얼음으로 뒤덮인 황량한 곳으로 생각하기 쉽지만, 사실은 무궁무진한 기회가 잠재된 광활한 땅입니다. 현재 북극 전체 거주 인구는 약 400만 명에 불과하지만, 매장된 자원은 매우 풍부하여 젊은이들이 자신의 인생을 걸고 도전해 볼 만한 가치가 충분합니다. 과학적 탐구뿐만 아니라 경제적, 사회적 측면에서도 북극은 새로운 개척지로서의 면모를 갖추고 있습니다. 미지의 세계를 향한 열망을 가진 이들에게 북극은 새로운 가능성을 제시하는 거대한 장소입니다. 기후변화로 인해 북극의 빙하가 녹으면서 과거에 보지 못했던 새로운 땅이 드러나고 있습니다. 연구에 따르면 지난 120년 동안 특정 지역의 빙하가 약 2km나 후퇴했을 정도로 변화의 속도가 빠릅니다. 이렇게 새롭게 드러난 토양에 미생물과 식물들이 어떻게 정착하고 생태계를 형성하는지를 관찰하는 것은 현대 과학의 중요한 과제입니다. 북극은 단순히 얼음만 있는 것이 아니라 습지, 사막, 초원 등 매우 다양한 지형을 포함하고 있어 생태학적으로도 매우 역동적인 공간이라 할 수 있습니다. 북극의 생태계는 생각보다 훨씬 풍성하고 다양합니다. 나무가 자라지 않는다는 특징이 있지만, 약 2,000여 종의 식물이 서식하며 수백만 마리의 순록이 떼를 지어 살아갑니다. 또한, 여름철에는 엄청난 수의 모기가 발견되기도 하는 등 생명력이 넘치는 곳입니다. 이러한 북극은 일반적인 항공편을 통해 알래스카나 캐나다, 노르웨이 등으로 비교적 편리하게 접근할 수 있습니다. 생태학자들은 단순히 위도뿐만 아니라 여름철 평균 기온과 수목한계선을 기준으로 북극의 경계를 정의하며 그 독특함을 연구합니다. 극지 연구의 가치는 지구를 넘어 우주로까지 확장됩니다. 남극과 북극의 혹독한 환경은 화성과 가장 유사한 조건을 갖추고 있어, 외계 생명체의 흔적인 '바이오시그니처'를 찾는 연구의 최적지입니다. 과학자들은 극지의 암석이나 토양에서 생명체의 흔적을 분석하는 기술을 개발하여, 향후 화성이나 목성의 위성에서 가져올 시료에 적용하고자 합니다. 산소 유무를 제외하면 화성과 매우 흡사한 환경을 지닌 극지는 인류가 우주로 나아가기 위한 전초 기지이자 거대한 실험실과 같은 역할을 수행하고 있습니다. 꽁꽁 얼어붙은 동토 속에서도 생명은 강인하게 살아 숨 쉽니다. 1g의 토양 속에 무려 1,000만 마리에 달하는 미생물이 존재한다는 사실은 화성과 같은 외계 행성에도 생명체가 존재할 수 있다는 강력한 희망을 줍니다. 우주생물학은 생물학뿐만 아니라 천문학, 지질학, 공학 등 다양한 분야의 협력이 필요한 융합 학문입니다. 과학에 대한 순수한 호기심을 가진 이들이라면 누구나 이 거대한 여정에 동참할 수 있습니다. 북극에서의 연구는 결국 인류의 기원과 우주 생명의 신비를 푸는 열쇠가 될 것입니다.

이유경

카오스재단2021 카오스강연 'SPACE OPERA'

천문학

[석학인터뷰] 이강근_ 주요 선진국들이 다들 남극에서 경쟁 중이에요

남극은 수백 번의 비행을 거친 이들에게도 마치 다른 행성에 온 듯한 경이로운 풍경을 선사합니다. 특히 장보고 기지에서 남극점까지 이어지는 K-루트 탐사는 우리 과학 기술의 최전선을 보여주는 상징적인 활동입니다. 연구진은 이 거대한 얼음 대륙을 가로지르며 인류가 안전하게 이동할 수 있는 통로를 확보하기 위해 고군분투합니다. 이는 단순히 길을 내는 것을 넘어, 미지의 영역을 과학의 영역으로 확장하고 지구의 비밀을 풀기 위한 기초 토대를 닦는 숭고한 작업이라 할 수 있습니다. 안전한 탐사 경로를 개척하기 위해서는 첨단 기술의 도움이 필수적입니다. 인공위성으로 지형을 파악하고, 헬리콥터에 장착된 특수 레이더를 활용해 눈 밑에 숨겨진 위험 요소인 크레바스를 정밀하게 탐색합니다. 육안으로는 도저히 식별할 수 없는 빙하의 틈새를 과학 장비로 찾아내어 우회하거나 극복하는 과정이 반복됩니다. 이러한 정밀 조사는 탐사대원들의 생명을 보호할 뿐만 아니라, 향후 지속적인 연구가 가능하도록 물자와 장비를 운송할 수 있는 튼튼한 보급로를 완성하는 핵심적인 단계입니다. 남극의 현장은 지구 온난화라는 냉혹한 현실을 가장 선명하게 마주할 수 있는 곳이기도 합니다. 바다로 흘러내려와 거대하게 부서져 나가는 빙산의 조각들은 기후 위기가 더 이상 먼 미래의 이야기가 아님을 온몸으로 증명합니다. 크레바스가 벌어지며 빙하가 떨어져 나가는 역동적인 변화는 지구의 생태계가 급격히 변하고 있다는 강력한 경고입니다. 남극에서 목격하는 이러한 현상들은 우리가 발을 딛고 있는 지구가 얼마나 취약한 상태에 놓여 있는지를 실감하게 하며, 환경 보호의 절실함을 다시금 일깨워 줍니다.

이강근

카오스재단석학인터뷰

지구환경과학

[강연] 뜨거워지는 지구, 급증하는 기상이변, 왜? (5) 패널토의 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 6강 | 6강 ⑤

지구 온난화로 인한 해수면 상승은 우리 삶의 터전을 직접적으로 위협하는 심각한 문제입니다. 시뮬레이션 결과에 따르면 해수면이 단 1m만 상승하더라도 인천이나 부산과 같은 해안도시의 상당 부분이 침수피해를 입게 됩니다. 특히 인구가 밀집된 해안 지역은 해안선이 도시 안쪽으로 100m 이상 밀려 들어올 수 있어 그 피해 규모는 상상을 초월합니다. 경관을 위해 방파제를 낮게 설치하는 등의 안일한 대처는 더 큰 재앙을 불러올 수 있으므로, 해안도시의 구조적 취약성을 보완하는 철저한 대비가 시급합니다. 기후 위기에 대응하기 위해서는 과학자와 정부의 긴밀한 협력이 필수적입니다. 과학자들은 연구를 통해 기후 변화의 불확실성을 줄이고 정확한 데이터를 대중에게 전달하는 역할을 수행해야 합니다. 정부는 파리기후협약과 같은 국제적 약속을 바탕으로 실효성 있는 정책을 수립해야 하며, 특히 에너지 전환 과정에서 국민들이 경제적 충격을 받지 않도록 세심한 배려가 필요합니다. 에너지효율을 높이고 재생에너지를 확보하는 일은 단순한 환경 문제를 넘어 국가의 생존이 걸린 경제적 과제이기도 합니다. 지구 온난화 해결을 위해서는 우리 사회 전반의 의식 변화가 무엇보다 중요합니다. 단순히 쓰레기를 재활용하는 수준의 작은 실천만으로는 이미 가속화된 기후 변화를 막기에 역부족일 수 있습니다. 이제는 모든 국민이 이산화탄소 감축의 필요성을 깊이 인식하고, 우리의 노력이 실질적인 변화를 이끌어낼 수 있다는 확고한 믿음을 가져야 합니다. 사회적 인식이 근본적으로 바뀔 때 비로소 탄소중립을 향한 강력한 동력이 형성될 수 있으며, 이는 미래 세대에게 안전한 지구를 물려주기 위한 필수적인 과정입니다. 실생활에서 온실가스를 줄이는 가장 효과적인 방법 중 하나는 건물과 교통수단의 에너지효율을 개선하는 것입니다. 건물의 냉난방에너지가 밖으로 새나가지 않도록 단열 성능을 높이는 것만으로도 막대한 양의 이산화탄소 배출을 억제할 수 있습니다. 또한 화석연료를 사용하는 내연기관차에서 전기차로의 전환은 이산화탄소 배출을 줄이는 획기적인 대안이 될 것입니다. 다만 기존 차량의 처리 과정에서 발생하는 환경 문제와 국가별 에너지 상황의 차이를 고려한 다각적인 접근이 병행되어야 기술적 해결책이 실질적인 효과를 거둘 수 있습니다. 기후 변화는 인간뿐만 아니라 지구 생태계 전체의 시간표를 뒤흔들고 있습니다. 지구 온난화로 인해 개화 시기가 빨라지면 이를 매개로 하는 곤충의 활동주기와 어긋나게 되어 농작물 수확량이 감소하는 등 연쇄적인 생태계 교란이 발생합니다. 특히 종다양성의 파괴는 인류 진화의 역사에 있어 심각한 위협이 됩니다. 따라서 기후학자와 생태학자, 해양학자 등 다양한 분야의 전문가들이 협력하여 생태계의 변화를 정밀하게 분석하고, 숲과 바다라는 소중한 탄소흡수원을 보존하기 위한 노력을 멈추지 말아야 합니다.

김백민, 안병옥, 최용상

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[강연] 우주 레이다로 만든 지구그림과 이웃행성 탐사(4) | 패널토의 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 10강 | 10강 ④

레이더 위성은 인류가 직접 도달하기 어려운 남극과 북극, 그리고 광활한 바다의 변화를 관측하는 데 핵심적인 역할을 수행합니다. 지표 변위를 탐지하고 자동으로 분석하는 알고리즘을 통해 우리는 지구 환경의 변화를 실시간으로 모니터링할 수 있게 되었습니다. 특히 빙하의 흐름이나 얼음이 깨져 나가는 양상을 관측함으로써 기후 변화가 지구에 미치는 영향을 정밀하게 파악하는 것이 가능해졌습니다. 이러한 기술은 단순한 관측을 넘어 지구의 미래를 예측하는 중요한 지표가 됩니다. 1957년 스푸트니크 1호가 발사된 이후, 인류는 수천 개의 인공위성을 우주로 쏘아 올리며 본격적인 우주 시대를 열었습니다. 현재 지구 궤도에는 레이더 위성뿐만 아니라 지도를 제작하는 광학 위성, 위치 정보를 제공하는 GPS 위성, 그리고 중력 변화 측정 위성 등 다양한 목적을 가진 장치들이 활동하고 있습니다. 각 위성은 고유의 센서를 탑재하여 기상 예보, 미세먼지 추적, 해양 생태계 관측 등 우리 실생활과 밀접한 분야에서 방대한 데이터를 수집하며 과학 기술의 향연을 펼치고 있습니다. 우리가 흔히 사용하는 GPS 위성과 레이더 위성은 작동 원리에서 뚜렷한 차이를 보입니다. GPS는 최소 4대 이상의 위성으로부터 신호를 받아 사용자의 정밀한 위치를 계산하는 1차원적 신호 체계를 기반으로 합니다. 반면 레이더 위성은 스스로 전파를 쏘아 돌아오는 신호를 분석하여 2차원 영상을 생성하며, 데이터 가공을 통해 3차원 수치 표고 모델(DEM)까지 구현할 수 있습니다. 이러한 차이 덕분에 레이더는 단순한 위치 파악을 넘어 지형의 높낮이나 구조물의 형태를 정밀하게 시각화하는 독보적인 능력을 갖추게 되었습니다. 우주 탐사 분야에서 레이더 기술의 가치는 더욱 빛을 발합니다. 카시니-호이겐스 미션은 토성의 위성인 타이탄에서 액체 메탄 호수의 존재를 증명하며 지구 밖 행성에도 액체 순환 체계가 있음을 확인시켜 주었습니다. 영하 180도의 극한 환경에서도 메탄이 기체, 액체, 고체로 변하며 비가 내리고 강이 흐르는 모습은 지구의 물 순환과 매우 흡사합니다. 이는 생명체 존재 가능성에 대한 새로운 가설을 제시하며, 우리가 직접 가보지 못한 먼 우주의 신비를 밝혀내는 데 결정적인 단서를 제공하고 있습니다. 레이더는 기후 변화 대응과 재난 감시 분야에서도 탁월한 성능을 발휘합니다. 남극 빙하의 이동 속도를 계산하여 해수면 상승이 도서 국가에 미치는 영향을 예측하거나, 광학 카메라로는 식별하기 어려운 습지대의 수위 변화를 정확하게 지도화할 수 있습니다. 또한 구름이 짙게 낀 상황에서도 바다 위의 선박을 탐지하여 조난 구조를 돕거나, 지하 핵실험으로 인한 지표 변위를 찾아내는 등 보이지 않는 곳에서 일어나는 변화를 포착하여 인류의 안전을 지키는 파수꾼 역할을 수행합니다. 인공위성 기술은 특정 국가의 자산을 넘어 전 지구적인 협력의 도구로 활용되고 있습니다. '인터내셔널 차터'와 같은 국제 기구를 통해 재난 발생 시 각국의 위성 데이터를 신속하게 공유함으로써 피해를 최소화하려는 노력이 이어지고 있습니다. 네팔 지진이나 이탈리아 지진 당시에도 여러 국가의 우주 기구들이 긴밀하게 협력하여 지진 모델링과 변위 지도를 제작해 공유한 사례가 대표적입니다. 우리나라도 아리랑 위성 시리즈를 통해 이러한 국제적 인도주의 활동에 적극적으로 참여하며 우주 기술의 가치를 실현하고 있습니다. 레이더 영상이 정밀한 입체감을 가질 수 있는 비결은 전파를 비스듬하게 쏘아 물체와의 거리 차이를 이용하는 기술에 있습니다. 마이크로웨이브를 사용하는 레이더는 구름이나 모래를 투과할 수 있어 기상 조건에 상관없이 지표면 아래의 옛 강줄기나 다른 행성의 지형까지 선명하게 보여줍니다. 많은 이들이 전자파의 유해성을 우려하기도 하지만, 수백 킬로미터 상공에서 전달되는 신호는 지상의 전자레인지보다 훨씬 약한 수준입니다. 이처럼 안전하면서도 강력한 투과력을 가진 레이더는 인류의 시야를 우주 끝까지 확장하고 있습니다.

김덕진, 윤상호, 홍상훈

카오스재단카오스강연

지구환경과학