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태양을 거대한 렌즈로 사용해 ‘제2의 지구’ 찾는다

수정: 2022.05.12 09:37

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▲ 태양 중력 렌즈의 원리. Credit: Alexander Madurowicz

과학자들은 지금까지 5,000개 이상의 외계 행성을 찾아냈다. 그 가운데 몇 개는 지구처럼 암석 행성이면서 액체 상태의 물이 있을 것으로 추정되고 있다. 하지만 실제로 생명체가 살 수 있는 환경인지는 누구도 자신 있게 말할 수 없다. 행성 표면 환경에 대해서 얻을 수 있는 정보가 거의 없기 때문이다. 현재 관측 기술로는 간접적인 방법으로 행성의 존재와 크기를 대략 추정할 뿐이다. 


따라서 제2의 지구를 찾는 과학자들의 궁극적인 목표는 지구형 행성의 표면을 직접 관측하는 일이다. 하지만 별보다 수백만에서 수십억 배 낮은 행성의 밝기를 생각하면 쉽지 않은 일이다. 별 주위를 공전하는 행성의 빛을 포착하는 일은 흔히 불 켜진 등대 옆을 지나는 반딧불이를 찾는 일에 비유된다. 

하지만 스탠퍼드 대학의 과학자들은 이 문제에 대한 기발한 해결책을 제시했다. 바로 태양을 렌즈로 사용하는 것이다. 엉뚱한 이야기처럼 들리지만, 사실 이 방법은 천문학자들이 흔히 사용하는 중력 렌즈 관측 기술을 태양에 적용하는 것이다. 

중력 렌즈는 아인슈타인의 상대성 이론에 따라 빛이 시공간을 지나면서 질량이 큰 천체 옆에서 휘어지는 현상을 이용한 것이다. 먼 별이나 은하에서 나온 빛이 은하나 은하단의 중력장에 들어가면 마치 렌즈에 들어간 빛처럼 경로가 굴절되면서 확대되는 현상이다. 과학자들은 중력 렌즈의 도움을 받아 멀리 떨어진 천체를 10-20배 정도 더 밝게 볼 수 있다. 

당연히 태양의 중력도 주변을 지나는 빛을 렌즈처럼 굴절시킨다. 하지만 태양의 강력한 빛 때문에 태양의 가장자리를 지나는 희미한 빛을 모아 이미지를 재구성하기가 매우 어렵다. 

연구팀 역시 천체물리학 저널에 발표한 논문에서 태양 중력 렌즈(Solar Gravitational Lens)가 지금 기술 수준에서 어렵다는 점을 인정했다. 하지만 천문학자들이 중력 렌즈를 사용하는 기술이 점점 개선되고 있어 50년 후에는 불가능한 일이 아닐 것으로 예상했다. 

태양은 중력 렌즈 효과를 이용할 수 있는 천체 중에서 가장 가까이 있어 수십억 광년 떨어진 은하보다 더 효과적으로 빛을 모으고 초점을 맞출 수 있다. 기술적으로 가능하다면 남은 일은 지상 망원경이나 우주 망원경이 개념도처럼 외계 행성 - 태양 - 망원경 순으로 일직선으로 놓이게 위치를 조정하는 것이다. 태양이나 외계 행성은 크게 움직일 수 없는 만큼 우주 공간에서 먼 거리를 이동할 수 있는 망원경이 가장 적합하다. 


만약 태양 중력 렌즈가 현실이 된다면 과학자들은 가까운 지구 크기의 외계 행성 표면을 직접 관측해 바다와 대기의 존재, 광합성의 징후, 실제 표면 온도와 기후 등에 대한 결정적인 증거를 확보할 수 있다. 그때가 되면 과학자들은 제2의 지구가 실제로 존재하는지, 그리고 어디에 있는지 자신 있게 말할 수 있을 것이다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com
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