황혼지대를 넘어 : 두 얼굴의 세계에서 생명이 살아남을 수 있을까?

 어떤 세상에서는 해가 지지 않는다. 아니면 솟아오르거나. 만약 행성이 모항성 주위를 한 바퀴 도는 것과 같은 시간이 축을 한 바퀴 도는 데 걸린다면, 그 별은 하늘에 움직이지 않고 매달려 있는 것처럼 보일 것이다. 그러한 행성들은 그들의 별에 오직 하나의 얼굴만을 보여주는데, 이것은 조석잠금이라고 알려진 상황이다. 간결하게 잠긴 행성은 두 갈래로 갈라진 세계다. 한쪽은 항상 낮이고, 다른 한쪽은 영원한 밤이다. 그 사이의 경계는 해가 영원히 지는 2마일 영원의 얇은 고리를 특징으로 한다. 우리 태양계의 많은 세계들이 - 우리의 달을 포함하여 - 깔끔하게 잠겨 있고 - 다른 태양계에서 그들 자신의 별들을 공전하는 많은 외부 행성들도 또한 깔끔하게 잠겨 있을 수 있다. 중력력이 천문학적인 몸의 회전을 늦추거나 가속시킬 때 그것은 모체에 대해 일시적으로 고정될 수 있다(이 예에서 행성은 그 별에 대해 일시적으로 고정된다). 이러한 조건 하에서 궤도를 선회하는 몸은 항상 모체에게 같은 얼굴을 보여준다. 우리의 달은 지구에 일시적으로 잠겨있으며 과학자들은 그들의 별과 상대적으로 가까운 궤도를 도는 많은 외부 행성이 또한 일시적으로 잠겨있을지도 모른다고 추측하고 있다. 이 행성들 중 많은 것들이 한 면에서는 구워지고 다른 면에서는 얼어 붙을 수 없을 것이다. 그러나 천문학자들은 공상과학을 좋아하는 사람들이 그러하듯이 그러한 세계가 생명을 가질 수 있을지에 대해 오랫동안 심사숙고해 왔다. 이제 정교한 컴퓨터 모델링과 새로운 데이터는 이 깔끔하게 잠겨 있는 먼 세계의 대기에 대해 더 많은 것을 밝혀지고 있다. 이 연구는 일부 사람들이 그렇게 적대적이지 않을 수도 있다는 생각에 무게를 더하고 있다. 영국 옥스포드 대학의 물리학자 레이몬드 피에르험베르트는 "조력 잠금에 대해 특별히 나쁜 것은 없다"고 말한다. "낮쪽은 완벽하게 서식지가 좋고 꽤 많이 있다." 조석잠금의 가까운 예를 위해, 우리는 단지 위를 올려다 볼 필요가 있다.

 우리의 달은 지구와 중력 상호작용 때문에 수백만년에 걸쳐 달의 자전이 점진적으로 느려진 결과인 것이다. 달의 중력이 조수를 만들기 위해 우리 바다를 앞뒤로 미끄러지듯('죽음의 자물쇠') 별의 중력은 궤도를 도는 행성의 바위를 잡아당겨 불룩함을 만든다. 행성이 항성을 공전하는 속도보다 빠르거나 느리게 회전하는 경우, 그 팽창은 중심에서 약간 벗어나게 될 것이다. 시간이 지남에 따라 잘못 정렬된 돌출부에 있는 별의 중력을 잡아당기면 평형에 도달할 때까지 행성의 회전 속도가 점차 느려지거나 빨라진다. 이 행성은 항성을 돌 때마다 축에서 정확히 한 번 회전할 것이다. 그 영향은 그들의 궤도 동료들과 매우 가까운 세계에 가장 뚜렷하게 나타난다. 그래서 달은 지구에 대해 일시적으로 고정되지만 지구는 태양에 대해 고정되지 않는다. 명왕성과 그것의 달 카론 또한 서로 한 면만을 보여준다. 그들은 매우 가깝게 공전하고 조수가 두 회전 모두를 일치시킬 정도로 크기가 비슷하다. MIT의 행성 과학자 대니얼 콜은 천문학자들이 간결하게 잠긴 세계의 수를 정확하게 계산하지는 못하지만, 많은 외계행성들이 이런 식으로 그들의 별에 중력적으로 결합되어 있다는 것은 "기본적인 기대"라고 말한다. 이 시체들 중 많은 것들이 한꺼번에 볶아지고 얼려지는 극한 지역이 될 것이다. 태양과 같은 G형 항성의 궤도를 18시간마다 한 번씩 도는 55 칸크리 e라고 불리는 커다란 바위 외행성을 생각해 보자. "날씨 쪽에 영구적인 마그마 바다가 있다니 너무 덥다"고 최근 연례 유체역학 리뷰에서 간결하게 잠긴 세계의 분위기를 설명한 피에르훔베르트가 말한다. "그리고 나서 대기 중으로 증발하는 암석 증기를 얻고는 밤길을 향해 응결한다. 그러니까 일산화탄소 등으로 만들어진 비가 오는 거구나." 그러나 지구의 대기권 같은 것이 열을 상당히 효율적으로 재분배할 수 있는, 간결하게 잠긴 행성이라고 콜은 말한다. 그 결과는 생명체가 살 수 있는 환경이 될 수 있는데, 그것은 행성 사냥꾼들의 오랜 목표였다. 지난 세기가 바뀔 무렵, 천문학자들은 금성이 일시적으로 잠겨 있을지도 모른다고 잘못 생각했다. E.V.는 "영원한 밤과 낮의 두 분리된 지역 사이에는 기후 조건이 지적인 존재의 인종과 잘 어울릴 수 있는, 가라앉은 장미꽃의 황혼의 넓은 지역이 있어야 한다"고 썼다. 시카고 대학 지구물리학자 도리안 애벗은 "황혼의 지역"의 거주성에 대한 낙관론이 공상과학 소설 세계에서도 나타났다고 말한다. 이 행성의 빛과 어두운 면 사이의 지역은 물이 액체 형태로 존재할 수 있을 만큼 충분히 온화하고 어쩌면 생명체가 생존할 수 있도록 할 것이라는 생각이었다. 

 연구는 그 이론에 의문을 제기해 왔다. 천문학자들이 "단말기"라고 부르는 이 황혼 지역은 태양 빛이 필요한 유기체들이 생존하기에는 좋지 않은 장소일 것이다. 그러나 적당한 분위기를 가지고 있다면 생명을 지탱하기 위해 황혼 지대가 필요하지 않다고 아보트는 말한다. 대기는 열을 지구 주위로 운반하여 액체 상태의 물과 아마도 생명체를 지탱할 수 있는 조건을 만들어 낸다. "종착기에만 있는 것이 아닐 것이다."라고 아봇은 말한다. "모든 곳에 있을 것이다." 균형잡힌 행동이 있다. 대기는 열을 운반할 정도로 밀도가 높아야 하지만 질식할 정도로 밀도가 높아서는 안 된다. 반대로, 만약 밤사면이 너무 차가워지면, 그것은 가스를 얼려 대기를 완전히 빼앗을 수 있다. 2016년 시뮬레이션은 적절한 균형을 달성할 수 있음을 나타낸다. 깔끔하게 잠긴 일부 외부 행성은 밤 사이라도 따뜻하게 유지하기에 충분할 정도로 열을 효율적으로 이동시키는 "적당한" 대기를 발생시킬 수 있다. "영원히 밤이 될 것이기 때문에 이상하겠지만, 당신은 여전히 우리와 비슷한 삶이 존재할 수 있는 조건을 가지고 있을 수도 있다."고 콜이 말한다. 비록 햇빛이 부족하지만 생명체가 지속되는 지구의 극지방들을 생각해 보라. "대양의 바람이나 움직임이 실제로 열을 재분배하기 때문에, 너무 치명적인 추위는 되지 않는다." 지구에서, 바다는 열의 전지구적 순환에 중요한 역할을 한다; 물은 공기보다 더 많은 열에너지를 가지고 있고, 그 열을 이동하는데 훨씬 더 효율적이다. 그래서, 대기와 함께, 바다는 간결하게 잠긴 외행성의 낮과 밤의 측면을 온대하게 유지하는데 중요한 역할을 할 수 있다. 외계행성 대기를 연구하는 하버드 대학의 펑딩 연구원은 "바다는 또한 증발시켜 행성의 조건을 조절하는 데 중요한 역할을 할 수 있는 구름 형성을 촉진한다"고 말한다. 물이 대기 중에 모이면서 형성되는 구름은 반사 담요의 일종으로, 들어오는 별의 방사선을 튕겨내고 행성을 식히는 데 도움을 줄 수 있다. 일부 컴퓨터 시뮬레이션은 구름이 대양이 형성될 수 있을 정도로 온도를 낮게 유지할 수 있다는 것을 암시한다. 그렇지 않으면 끓어오를지도 모르는 외부 행성에서도 말이다. 그리고 그 구름들은 비를 만들 것이다. 지구의 낮 시간에는 햇빛이 가장 강한 곳에 만들어진 강한 상승기류가 따뜻하고 습한 공기를 위로 이동시켜 집중적인 폭우를 만들 것이라고 피에르훔버트는 말한다.