10. 은하계의 중심으로 부터 적당한 거리에 위치하고 있는 지구

우리가 밤하늘에 은하수라고 부르는 은하계는 태양과 같은 별들이 수 많이 모여 있는 집합체로써 그 반경은 약 4만 5천 광년이고 우리 지구가 포함된 태양계는 은하계의 중심으로 부터 약 2만 6천광년 떨어져 위치하고 있다. 우리가 앞에서 보았듯이 어떤 별 주위의 특별한 영역에서만 생명체가 살수있는 생존대가 존재 하듯이 우리 은하계 내에서도 아무 곳이나 생명체가 살수없고 특별한 영역에만 생명체가 존재할수 있는데 이 영역을 은하 생존대 (Galactic habitable zone)라고 부른다.

태양계 내에서의 생존대는 생명에 필수적인 물이 액체 상태로 존재하는 영역으로 정의되지만 은하계 내에서의 생존대는 생명체와 지구를 구성하고 있는 중금속 함량이 적당하게 있는가 그리고 초신성이나 감마선 폭발의 위험으로부터 얼마나 안전한 영역에 위치해 있는가 하는 문제와 연관되어 있다. 여기서 중금속이란 천문학적 의미의 중금속으로 수소와 헬륨보다 무거운 원소들을 지칭하는데 이런 중금속들의 함량이 은하내에서 균일한 분포를 보이는 것이 아니라 은하 중심에서 부터의 거리에 따라 다른 분포를 보인다.

어떤 생명체가 유지되기 위해서는 섭취되는 음식물에 그 생명체의 구성 성분에 필요한 영양분이 함유되어 있어야 하고 또한 섭취되는 음식물은 흙으로부터 그 음식물 그 자체가 자라는데 필요한 영양분을 취할수 있어야 한다. 한 예를 들면 밭에 나는 콩은 흙에 있는 영양분을 섭취하여 콩을 만들고 우리는 그 콩을 섭취함으로써 세포가 필요로 하는 단백질을 공급하여 우리 몸을 유지해 나간다. 따라서 우리 지구를 구성하는 물질은 지구상의 생명체가 필요로 하는 유기물을 반드시 함유하고 있어야 하는데 이 유기물질을 구성하고 있는 구성 성분 대부분이 중금속 들이다. 그런데 우리 태양계의 위치가 현재의 위치보다 은하 중심으로부터 좀 더 멀리 떨어져 있었다면 중금속 함량이 부족하여 생명체가 유지되지 못했을 것이고 반대로 은하 중심으로 더 가까이 있었다면 너무 많은 중금속 함량에 의해 생명체의 존재에 역효과를 가져왔을 뿐 아니라 지구의 판구조론이 잘 작동되지 않게 하였을 것이다. 이런 이유로 해서 은하계내에서의 태양계 위치는 우리 생명체의 존재에 있어 중요한 연관성을 가지고 있다.

우리 지구에 적당량의 중금속이 있어야 되는 또 다른 이유는 지구 내부에 존재하는 방사성 동위 원소의 함량과 연관이 있다. 지구는 태양으로 부터 오는 열 에너지뿐만 아니라 지구 내부에 토륨과 우라늄 같은 방사성 동위 원소들의 붕괴로 발생하는 열 에너지에 의해 덮혀지고 온도를 유지한다. 만일 지구 내부에 이런 방사선 동위 원소들이 없었더라면 지구는 이미 오래전에 식어서 생명체가 존재하는 행성이 되지 못하였을 것이다. 이와는 반대로 지구 내부에 너무 많은 방사선 동위원소가 존재 하였다면 강한 방사선은 물론 지나치게 많은 열 에너지 발생에 의해 바닷물이 끓어 생명체가 살수 없었을 것이다. 이런 중요한 역할을 하는 방사선 동위원소의 양도 은하내의 중금속 함량과 같은 분포를 보이는데 만일 지구의 위치가 은하 중심에서 부터 외각 쪽으로 더 멀리 떨어져 있었다면 지각내의 방사성 동위 원소량이 너무 적어 지구가 식었거나 반대로 은하 중심쪽으로 너무 가까이 있었다면 방사선 동위 원소량이 지나치게 많아 지구의 온도가 너무 높아져서 생명체가 살수 없는 행성이 되었을 것이다.

우리 지구가 지금보다 은하쪽으로 좀더 가깝게 위치 했을때 생기는 또 다른 문제점은 은하 중심으로 갈수록 증가되는 많은 별들로 인해 발생한다. 지구가 속한 태양 주위에 별들이 많을 경우 그 별들에 의한 중력 섭동으로 지구가 태양계 밖으로 팅겨 나갈 위험이 증가되고 또한 소행성이나 혜성들이 지구상으로 더 많이 떨어지는 현상이 일어난다. 한적한 시골에 살던 사람이 주말에 명동이나 동대문 상가로 나가면 많은 사람들과 어깨에 부딫치는 것과 같은 이치이다. 또 지구 가까운 곳에 별들이 많다 보면 근거리에서 발생하는 초신성 폭발이나 감마선 폭발로 인한 감마선이나 엑스선 역시 지구상의 생명체들에 심각한 위협을 주게된다. 만일 우리 태양계로 부터 약 1만광년 이내에서 감마선 폭발이 일어 난다면 상대론적 속도의 고 에너지 입자들이 지구상으로 쏫아져 들어와 우리 지구를 감싸고 있는 오존층을 이온화 시켜 산화질소 화합물로 전환시키면서 약 40%의 오존층을 파괴 시킨다. 오존층이 파괴될 경우 태양으로 부터 오는 자외선 (UVB)이 걸러지지 않고 대기를 통해 들어와 우리 인간을 포함한 모든 생명체의 DNA를 파괴하여 돌연변이나 피부암을 유발한다. 40%정도의 오존층이 파괴되면 DNA의 손상률이 현재보다도 약 16배까지 증가하며 해양 생태계 먹이 사슬의 기본을 형성하고 있는 식물성 플랑크톤 (Phytoplankton)을 다 멸종 시킬수 있는 양 이상의 자외선이 쏟아진다.

그림 1.19에 나타난 식물성 플랑크톤이 없어질 경우 해양 생태계는 붕괴할수 있으며 육상 생물들도 시간이 지남에 따라 해로운 자외선의 영향으로 점점 더 개체수가 감소되어 갈 것이다. 최근 연구 결과에 의하면 이 식물성 플랑크톤이 지구 온난화의 주범인 이산화탄소 순환에 있어서 아주 중요한 역할을 한다는게 밝혀졌다. 식물성 플랑크톤의 광합성 작용에 의해 제거되는 이산화탄소의 양은 육지에 있는 모든 나무와 풀들이 제거하는 이산화탄소양 만큼 제거한다는 것이다. 이렇게 제거된 이산화탄소는 바다 깊은 해저에 저장되는데 만일 강한 자외선으로 식물성 플랑크톤이 멸종된다면 대기중의 탄소량이 급격히늘어 심각한 온실효과를 일으켜 지구의 온도가 급격히 올라갈 것이다. 이렇게 심각한 영향을 미치는 감마선 폭발이 실제로 지구 역사상에 일어난 사건이 있었는데 지금으로부터 약 4억5천만년 전 오르도비스기 말에 해양 생태계 약 60%를 멸종케한 사건이 지구로 부터 6,000광년 떨어진 곳에서 일어난 감마선 폭발에 기인한다는 연구 결과가 발표되었다.

그림 1.19 - 해양 생태계 먹이 사슬의 기본을 이루고 있고 이산화탄소 순환의 중요한 고리 역할을 하여 지구 온난화를 막아주는 식물성 플랑크톤들.

위에서 언급한 것처럼 중금속 함량이 너무 많지도 적지도 않고 초신성이나 감마선 폭발의 위협을 적게 받는 은하 생존대의 영역을 계산한 논문이 사이언스지에 발표되었는데 그 영역은 은하 중심부로 부터 약 2만3천 광년 부터 2만9천 광년 사이로 추정되었다 (그림 1.20에 나타난 녹색 부분). 그런데 공교롭게도 우리 지구가 있는 태양계는 은하 중심으로부터 2만6천광년 떨어져 있는데 이 거리는 은하 생존대의 정중앙이 되는 위치이다. 하지만 그림에 나타난 녹색 부분이 다 은하 생존대가 될수 있는게 아니고 은하의 동자전 반경 (Co-rotation radius)에 있는 별들에만 생존대가 적용된다. 은하의 회전곡선을 살펴보면 은하 중심에 있는 천체들은 빨리 돌고 은하의 외곽으로 가면 천천히 도는 경향이 있다. 이 때문에 은하의 나선팔이 S자 모양으로 굽어지는데 오직 특별한 위치에 있는 천체들 만이 은하의 회전 속도와 꼭 같이 회전하고 있다. 이런 회전 곡선 형태를 보이는 반경을 동자전 반경이라고 하며 이 반경에 있는 별들만이 은하 회전에 의해 발생하는 밀도파에 휩쓸리지 않고 안정된 일생을 구가하게 된다. 그런데 우리 지구가 있는 태양이 바로 이 동자전 반경에 위치하고 있다. 이 얼마나 절묘한 조화인가?

우리 지구가 포함된 태양계가 은하 중심으로부터 너무 멀리 떨어져 있거나 또는 너무 가까이 있지 않아서 적당한 양의 중금속을 포함하고 있고 또한 감마선이나 초신성의 위험으로부터 안전하고 밀도파의 영향을 받지 않는 동자전 반경에 위치하고 있다는 사실이 얼마나 신비로운가?

그림 1.20 - 은하계내에서 생명체가 존재할수 있는 은하 생존대를 나타낸 그림. 녹색으로 나타난 부분이 은하 생존대이다.

지금까지 우리가 무심코 발붙이고 살고있던 지구가 인간을 포함한 여러 동식물들이 안전하고 쾌적한 삶을 살아갈수 있도록 기막히게 절묘한 조건들을 지니고 있음을 살펴 보았다. 그리고 그런 조건들중 하나라도 충족되지 않을 경우에는 지구상 생명체들의 생존이 불가능할 정도로 심각한 영향을 미친다는것도 알았다. 우리가 받게되는 영향들을 살펴보면 지구의 온도가 내려가 바닷물이 얼정도로 추워지거나 아니면 온도가 올라가 바닷물이 끓을 정도가 되거나, 매일 태풍급 바람이 불거나, 기상재해로 농작물을 재배하지 못해 먹을 것이 없거나, 우리가 숨쉬는데 필요한 공기가 없어지거나, 몸에 해로운 우주선이 세포를 파괴하거나, 해양 생태계가 파괴 되거나, 우리에게 위협적인 큰 운석들이 자주 떨어지거나, 초신성 폭발에 의한 x-선에 노출된다거나 하는 것 등으로 어느 하나라도 우리의 생존에 위협을 주지 않는 것이 없다. 그런데 우리 지구가 그런 현상들을 격지않게 디자인되고 또한 지구 뿐만 아니라 지구 주위에서 돌고있는 달과 목성 까지도 협력하여 지구상 생명체들의 안전을 지켜 주고 있다는 사실이 얼마나 신비롭고 경이스러운가?

만물의 영장이라는 인간들이 첨단 과학의 혜택속에 안락한 삶을 살아가고 있지만 예고없이 다가오는 자연재해 앞에서는 아무런 힘도 써지 못하고 무너지게 되는 존재들이다. 또한 지구의 온도가 50도 이상이거나 아니면 영하 50도 이하로 내려가 몇 년이 지속된다면 더위나 추위도 문제겠지만 궁극적으로는 농작물이 자라지 못하고 먹을 것이 없어 지구상에서 살아남을 사람들이 거의 없을 것이다. 이런 사실들을 보면서 드는 생각은 과연 어떻게 하여 지구가 생명체의 생존을 위한 그렇게 완벽한 조건을 갖추고 있고 또한 지금까지 잘 운행되어 왔는가 하는 점이다. 그에 대한 해답은 우연에 의해 그런 조건이 형성 되었거나 아니면 창조주 하나님의 정교한 설계에 의해 그런 조건을 가진 지구가 창조되었고 지금까지 잘 운행되고 있다는 것 중 하나일 것이다. 우연일까, 아니면 창조주 하나님의 걸작품일까?