인류가 화성과 심우주를 탐사하는 이유는 단순히 '우주에 우리뿐인가'라는 철학적 질문에 답하기 위함만은 아닙니다. 과학적 관점에서 생명체의 존재는 행성 내 물질 순환 체계를 완전히 바꾸어 놓기 때문입니다. 지구의 탄소 순환이 식물과 미생물에 의해 현재의 복잡한 형태를 갖추게 된 것처럼, 외계 천체에서의 생명 활동 여부는 그 행성의 자원 분포와 화학적 변화를 이해하는 결정적인 열쇠가 됩니다. 생물이 존재할 때 비로소 특정한 원소들이 농축되고 순환하며 행성의 지질학적 특성을 완성하게 됩니다.

생명체가 존재하기 위해서는 구성 원소, 용매인 물, 에너지, 그리고 적절한 환경이라는 네 가지 조건이 필수적으로 갖춰져야 합니다. 탄소나 수소 같은 필수 원소는 우주에 비교적 흔하며 에너지 역시 항성으로부터 얻을 수 있지만, 액체 상태의 물은 확보하기 매우 어렵습니다. 현재 화성 표면은 물이 흐르기 어려운 척박한 환경이지만, 과학자들은 지표 아래에 액체 상태의 지하수가 존재할 가능성에 주목하며 탐사의 희망을 이어가고 있습니다. 물은 모든 화학 반응을 매개하는 가장 완벽한 용매이기 때문입니다.

목성의 위성 유로파나 토성의 엔셀라두스는 두꺼운 얼음 지각 아래 거대한 바다를 품고 있어 생명체 존재 가능성이 높게 점쳐집니다. 하지만 이곳은 태양 에너지가 닿지 않아 내부 지열 에너지만으로 생명 활동을 유지해야 한다는 물리적인 한계가 있습니다. 에너지가 부족하면 생명체의 밀도가 극히 낮아질 수밖에 없으며, 지구처럼 복잡하고 지능을 갖춘 거대한 생태계로 진화하기는 매우 어렵습니다. 따라서 과거 지표에 물이 풍부했던 초기 10억 년의 역사를 간직한 화성이 여전히 지구와 유사한 생태계를 기대할 수 있는 유일한 후보입니다.

망원경의 발달 초기에는 화성의 표면 구조를 문명의 흔적인 운하로 착각하기도 했지만, 1970년대 바이킹 탐사선이 처음 보내온 사진은 생명체나 문명과는 거리가 먼 척박한 사막의 모습이었습니다. 당시 수행된 여러 생명 탐사 실험에서도 유기물을 명확히 발견하지 못하며 한동안 실망감을 안겨주었으나 인류의 도전은 멈추지 않았습니다. 이후 스피릿, 오퍼튜니티를 거쳐 큐리오시티와 퍼서비어런스 로버에 이르기까지, 과거 물이 흘렀던 흔적과 변질된 광물을 찾아내며 화성의 잃어버린 역사를 복원하려는 노력은 지금도 계속되고 있습니다.

과거의 생명 흔적을 찾기 위해서는 DNA보다 더 견고한 유기 분자인 세포막 지질 성분에 주목해야 합니다. 수억 년이 지나도 암석에 남을 수 있는 이 분자들은 고대 생명 활동의 명백한 증거가 됩니다. 다만 이는 외계 생명체가 지구 생명체와 같은 공통 조상에서 기원했거나 비슷한 화학적 구조를 가졌다는 가정을 전제로 합니다. 만약 전혀 다른 생화학 시스템을 가진 생명체라면, 우리는 특정한 분자 구조를 찾는 대신 물질의 농도를 변화시키고 화학 반응 속도를 가속하는 촉매로서의 성질을 추적하는 새로운 접근 방식이 필요합니다.

생명을 정의하기란 쉽지 않지만, NASA는 우주 생명 탐사를 위해 생명을 '스스로 유지 가능하고 진화할 수 있는 화학적 시스템'으로 정의했습니다.

최근 큐리오시티 로버는 화성 게일 크레이터에서 탄소와 황의 독특한 동위원소 패턴을 발견했습니다. 이는 지구에서 미생물 활동으로 나타나는 현상과 매우 흡사하여 학계의 큰 관심을 끌었으나, 고온의 비생물학적 화학 반응으로도 생성될 가능성이 있어 아직 확신하기엔 이릅니다. 생명 활동의 기록과 순수한 화학 반응의 데이터 영역이 서로 중첩되어 있는 상황이기에, 이를 명확히 구분하기 위해서는 더 높은 차원의 정밀 분석 장비와 지구의 극한 환경 연구를 통해 얻은 대조군 데이터 확보가 무엇보다 절실한 시점입니다.

퍼서비어런스 로버가 최근 예제로 크레이터에서 발견한 '표범 무늬' 구조는 화성 생명 탐사의 새로운 전기를 마련했습니다. 저온 환경에서 유기물이 철 환원 반응을 매개했을 가능성이 제기되었는데, 이는 현재로서는 미생물 활동 외에는 지질학적으로 설명하기 어려운 현상입니다. 물론 최종적인 결론을 위해서는 화성의 암석 샘플을 직접 지구로 가져와 분석하는 샘플 리턴 미션이 반드시 성공해야 합니다. 우리나라도 2040년대 화성 착륙을 목표로 연구에 정진하며, 지구를 넘어 우주로 뻗어 나가는 거대한 지적 탐험의 여정에 동참하고 있습니다.