Habitable Zone 으로 알아보는 외계 생명의 거주 가능 범위 -인문계열1 이윤복-

목차 연구 목적 연구에서 필요한 전제 HZ란 무엇인가? HZ에 영향을 미치는 요소들 연구의 의의와 한계 3.1.2. SHZ (Stellar Habitable Zone) 3.1.3. GHZ (Galactic Habitable Zone) 3.1.4. CHZ (Continuous Habitable Zone) 3.1.5. HZ간의 포함관계

연구 목적(다시한번) 별, 즉 항성은 굉장히 많이 존재한다. 우리은하 내에도 1천억 개 이상의 별들이 존재할 것으로 추정된다. 따라서 많은 수의 행성 역시 존재할 것이다. 그러나 모든 행성을 다 조사하려면 엄청난 시간과 자원이 필요하다. HZ에 대한 연구를 통해 생명체가 거주할 수 있는 범위를 알아보아 행성 탐사에 드는 시간과 자원을 절약할 수 있다.

연구에서 필요한 전제 이 연구는 HZ를 바탕으로 이루어진다. 그렇기에 생명체는 물을 용매로 한다고 가정한다. (NH₃의 b.p는 195.45K(-77.7℃)) 극한생명체만이 살 수 있는 극한적인 환경을 지닌 행성은 생명체가 살 수 없는 행성으로 간주한다.

HZ의 정의 the habitable zone (HZ) is the region in a star-centered orbit where an Earth-like planet can maintain liquid water on its surface and Earth-like life. –wikipedia- HZ란 지구의 생명 같은 생명이 살 수 있는, 지표에 액체 물이 존재할 수 있는 궤도를 의미한다. –wikipedia 해석-

SHZ (Stellar Habitable Zone) 저번 발표 때 CHZ라고 했던 것을 이름을 바꿔서 SHZ라고 하였다. SHZ는 한 항성계 안에서 본 HZ의 범위이다. T(r) = Teff (1 - )^¼×(R/2r)^½ 행성의 표면온도는 중심별의 크기와 온도에 비례하고, 항성과 행성 사이의 거리에 반비례하며, 행성의 반사도(알베도)가 클수록 낮아진다. 그렇다면 SHZ는 행성마다 달라야 한다. 그러나 우리는 태양계의 HZ라는 이름으로 이 개념을 사용한다. 어떻게 그것이 가능한 것인가.

GHZ (Galactic Habitable Zone)

CHZ (Continuous Habitable Zone) 항성은 시간이 지날수록 크기가 커지고 밝아진다. 그에 따라 항성의 PHZ도 변하게 된다. CHZ란 별이 살아있는 동안 계속해서 그 별의 PHZ안에 들어가는 범위를 말한다.

HZ 사이의 포함관계 SHZ는 CHZ를 포함한다. CHZ란 항성의 변화에도 불구하고 계속해서 SHZ에 포함되는 부분을 말하기 때문이다. GHZ와 SHZ 사이에는 포함관계가 존재하지 않는다. GHZ 밖에도 SHZ는 존재할 수 있고, 그 반대의 경우도 가능하다. 그러나 두 영역이 겹치는 부분이야말로 생명이 살기에 매우 적합한 곳일 것이다. 결국 GHZ와 CHZ가 겹쳐지는 곳이 생명에게는 가장 적합한 곳일 것이며, 지구는 정확하게 그 자리를 차지하고 있다.

HZ에 영향을 미치는 요소들 이심률 행성의 이심률이 커지게 되면 행성이 항성 주변을 돌 때, HZ의 범위에 들어갔다가 나갔다 하여 생명이 살기에 어려운 환경이 된다. SHZ

위에서 보듯이 태양계 행성의 대부분은 이심률이 0.1보다 작아 안정된 타원궤도를 그리는 것으로 볼 수 있다. 이심률=(R-r)/R 로 0이면 원운동, 1보다 작으면 타원운동, 1보다 크면 쌍곡선운동을 한다. 외계에 존재하는 행성들도 작은 이심률을 가지는 것이 생명이 거주하기에 훨씬 유리할 것이다.

HZ에 영향을 미치는 요소들 대기 구성 성분 대기의 구성 성분에 따라 행성의 반사도가 바뀌게 되어 중심별의 에너지를 받아들이는 정도가 달라진다. 중심별과의 거리가 가깝더라도 행성의 대기가 복사에너지를 많이 반사한다면, 행성의 온도는 따뜻하지 않을 것이다.

금성의 대기 구성표 대기압 9.3㎫ CO₂ 96.5% N 3.5% SO₂ 0.015% Ar 0.007% H2O 0.002% 0.0017% He 0.0012% 지구 대기의 기압의 약 93배 정도 된다. 반사율이 0.78 정도로 높은 편이나

지구의 대기 구성표 대기압 100㎪ N 77% O 21% Ar 1% CO₂ 0.038% H2O 날씨에 따라 다름 다른 행성에서는 두 번째로 많은 기체인 질소가 지구에서는 가장 많은 기체이다. CO₂의 양이 적은 것은 이산화탄소가 바다에 흡수되어 탄산칼슘이 되었기 때문이다. 바다가 없었다면 지구 대기의 가장 큰 구성 요소도 이산화탄소가 아니었을까?

화성의 대기 구성표 대기압 0.7-0.9㎪ CO₂ 95.32% N 2.7% Ar 1.6% O 0.13% CO 0.07% H2O 0.03% NO 0.01% 화성의 대기는 금성처럼 이산화탄소가 그 대부분을 차지하나, 알베도는 0.16 정도이다. 대기를 구성하는 성분이 금성과 비슷하고 질소의 상대적인 함량도 비슷하지만 두 행성의 알베도 격차는 매우 크다. 금성에 비해 현저하게 작은 대기압이 그 이유가 되지 않을까 생각한다.

연구의 의의와 한계 의의 위에서 말한 것처럼 HZ를 조사함으로써 생명체가 거주 가능한 범위를 축소하여 조사를 용이하게 할 수 있다. 제반 환경이 지구의 환경과 비슷한 행성을 찾아낸다면 그곳에서 인간과 같은 높은 지능을 가진 문명이 있을 가능성이 크다고 본다.

연구의 의의와 한계 한계 극한미생물에 대한 논의를 배제하는 것이 이 연구의 전제이자 한계이다. 외계의 생명들도 지구와 같은 방법으로 진화했고, 지구 생명과 같은 물질을 사용했는지 확신할 수 없기에 지구중심적인 사고에 바탕을 둔 연구라고 볼 수 있다.