1. 태양에서 적당한 거리에 위치한 지구

우리 인간을 비롯한 지구상의 모든 동식물들은 물이 없으면 생존할수가 없다. 하지만 이렇게 생명에 필수적인 물도 행성의 온도가 낮아 얼은 상태로 존재하거나 또는 온도가 너무 높아 뜨겁게 끓는 상태로 존재한다면 생명체의 생존에 부적합하다.

태양계의 행성 배열은 제일 안쪽으로 부터 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성이 위치하고 있다. 이 행성들의 표면 온도는 이론적으로는 태양으로 부터의 거리 제곱근에 반비례 하지만 실제적으로는 태양으로 부터의 거리뿐만 아니라 행성의 대기 존재 여부, 행성의 반사도 (Albedo), 행성 자체내의 에너지원 존재 여부에 따라 행성들의 표면 온도가 달라 진다. 지금까지 측정되거나 계산된 각 행성들의 평균 대기 온도는 수성이 430도에서 영하 170도 금성이 460도 지구가 17도 화성이 0도에서 영하 90도 목성이 영하 150도 토성이 영하 180도 천왕성과 해왕성이 영하 약 220도 정도 이다. 태양에서 더 멀리 떨어져 있는 금성에서의 온도가 그 보다도 더 가까이 있는 수성에서 보다 높은 이유는 금성에서는 이산화탄소가 주성분인 대기의 존재로 인한 온실효과 때문이고 수성에서는 대기가 없어 온실효과가 없기 때문이다. 수성이나 금성에서 태양빛이 비치는 부분은 그 온도가 400도를 넘어 가는데 이전에 그 행성에서 물이 존재했다 하더라도 높은 온도로 말미암아 물이 끓어 증발하여 이미 우주로 다 달아나 버렸으며 반대로 지구 보다 더 멀리 떨어져 있는 행성에서는 물이 있다 하더라도 얼음상태로 존재하여 생명체가 살수 없는 행성이 된다.

그림 1.1 - 우주에서 바라본 아름다운 지구의 모습

이렇듯 어떤 행성이 그 중심에 있는 별로부터 너무 가까워 물이 끓거나 또는 너무 멀어 물이 어는 곳에 있지 않고 적당한 거리에 위치하여 액체 상태의 물을 가질수 있는 영역을 생존대 (habitable zone)라고 부른다. 우리 태양계내에서의 생존대를 계산해보면 그 거리는 0.95 - 1.15 천문단위 사이가 된다. 1 천문단위는 지구에서 태양까지의 거리인데 공교롭게도 우리 지구는 이 생존대의 정 중앙에 위치하고 있다. 따라서 지구가 현재의 위치보다 태양쪽으로 5%만 더 가까웠어도 모든 물이 끓어올랐고 15%정도만 더 멀었어도 물이 얼어 지구는 생명체가 존재하는 행성이 되지 못했을 것이다.

그림 1.3은 태양계 내의 생존대를 표시한 것인데 지구 공전괘도 주위에 녹색으로 표시된 부분이 생존대이다. 그 바깥쪽에 있는 원들은 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성의 공전괘도를 나타내며 가장 바깥쪽에 있는 해왕성까지의 공간 내에서 이 생존대가 차지하는 면적의 비율은 단지 0.05% 밖에 되지 않는다. 하지만 그림에 표시된 생존대는 단지 물의 끓고 얼지 않는 영역을 표시할 뿐이며 실제로 인간과 같은 고등 생명체가 생존을 할 수 있는 영역은 이것보다 적은 영상 5도와 50도 사이의 영역이다. 왜냐하면 너무 춥거나 더울 경우 심각한 기상 재해 인해 우리의 생존이 위협을 받으며 궁극적으로는 생존에 필수적인 농작물의 재배가 불가능하여 지구상에서 살아 갈수 없기 때문이다.

그림 1.2 – 태양계 내의 생존대 (녹색)를 표시한 그림. 지구만 이 생존대에 위치하며 생존대 바깥쪽의 원들은 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성의 공전괘도이다.

그런데 한가지 더 경이로운 사실은 지구가 생존대 내에 위치해 있다고 하더라도 지구의 괘도가 태양을 중심으로 원괘도 (그림 1.3의 실선)가 아닌 타원괘도 (그림 1.3의 점선)를 돌고 있었다면 지구상에서 생존할수 없었을 것이다. 왜냐하면 지구가 태양에 가까운 B와 D지점에서는 지구상의 모든 바다물이 끓을 정도로 덥고 태양에서 먼 A와 C지점 에서는 모든것이 얼 정도로 추운 얼음행성이 되기 때문이다.

그림 1.3 - 지구가 중심의 태양으로부터 생존대 (녹색 부분)에 위치하고 있더라도 타원 괘도 (점선)로 돌 경우 A, C 지점에서는 물이 얼고 B, D 지점에서는 물이 끓는 현상이 발생해 생명체가 존재 할 수가 없다.

그런데 다행스럽게도 지구는 거의 원에 가까운 괘도로 공전하고 있기 때문에 그런 일은 벌어지지 않는다. 이렇듯 우리 지구가 춥지도 덥지도 않는 생존대의 정 중앙에 위치하고 있고 지구의 괘도가 원괘도인 사실이 우연의 일치일까 아니면 창조주의 디자인일까?