영화 아바타에 등장하는 판도라는 단순한 행성이 아니라 거대한 기체 행성 폴리페무스의 위성입니다. 놀라운 점은 이 기체 행성이 생명체가 살 수 있는 골디락스 존에 위치한다는 설정입니다. 일반적으로 기체 행성은 태양계의 목성이나 토성처럼 차가운 외곽에 위치하는데, 과연 뜨거운 별 근처에서도 기체 행성이 존재할 수 있을까요? 이 질문에 답하기 위해 태양계의 모든 행성을 골디락스 존으로 옮겨보는 흥미로운 사고 실험을 진행해보겠습니다.
골디락스존으로 옮겨진 태양계 행성들의 운명
태양계의 행성들을 골디락스 존으로 옮긴다면 각각 어떤 변화를 겪게 될까요? 먼저 수성은 골디락스 존으로 이동해도 큰 변화가 없습니다. 낮과 밤의 온도 차이가 조금 줄어들 뿐 여전히 달과 비슷한 환경을 유지합니다. 금성의 경우는 흥미로운 변화를 겪습니다. 현재 표면 온도 470도의 지옥 같은 환경에서 골디락스 존으로 이동하면 태양빛이 약해지면서 온실 효과가 서서히 약화됩니다. 하지만 이산화탄소로 꽉 찬 대기 때문에 냉각되기까지 수천 년 이상이 걸립니다. 수백 년 동안은 여전히 열옥 상태를 유지하지만, 점점 바다의 증기가 응결하며 지표가 식기 시작합니다. 수천 년 뒤에는 이산화탄소가 암석에 흡수되어 바다가 되살아날 가능성도 있습니다.
화성은 반대로 따뜻해지는 경험을 합니다. 극지방의 얼음이 녹고 이산화탄소가 기화되면서 대기가 조금 두꺼워지며 평균 온도가 10도 정도 상승합니다. 붉은 사막 위에 구름이 생기고 하천이 흐르기 시작하는 극적인 변화가 일어납니다. 하지만 화성에는 치명적인 약점이 있습니다. 바로 자기장의 부재입니다. 지구처럼 강한 자기장이 없어서 대기가 태양풍에 서서히 날아가버립니다. 결국 긴 시간이 지나면 바다도 사라지고 다시 붉은 사막으로 돌아가는 운명을 맞이합니다. 이처럼 골디락스 존에 위치한다고 해서 모든 행성이 생명체가 살 수 있는 환경이 되는 것은 아닙니다. 자기장, 대기 구성, 행성의 질량 등 다양한 요소들이 복합적으로 작용해야 합니다.
기체행성이 골디락스존에서 겪는 뜨거운 목성 현상
거대한 기체 행성인 목성이 골디락스 존에 들어오면 어떻게 될까요? 처음에는 태양 빛이 훨씬 강해지면서 표면의 구름층이 반짝이며 아름답게 빛납니다. 하지만 곧 심각한 문제가 발생합니다. 태양의 복사열로 인해 상층 대기가 끓어오르고 가벼운 수소와 헬륨이 우주로 빠져나가기 시작하는 것입니다. 이를 뜨거운 목성 현상이라고 부릅니다. 결국 대기를 잃고 안쪽의 돌덩이 행성만 남게 되는 비극적인 결말을 맞이합니다. 즉 태양 가까이에서는 기체 행성이 자신을 유지하지 못하고 서서히 증발하는 운명에 처하게 됩니다.
토성 역시 마찬가지입니다. 아름답던 얼음 고리들은 태양열에 녹아 사라지고 기체들도 우주로 탈출하기 시작합니다. 하지만 그 주위를 도는 타이탄과 유로파는 조금 다른 이야기를 써내려갑니다. 타이탄은 현재 영하 180도에 메탄 바다로 덮여 있지만, 골디락스 존에서는 메탄이 증발하고 대신 진짜 물의 바다가 생깁니다. 유로파도 두꺼운 얼음 표면이 녹아 바다로 드러나게 됩니다. 흥미롭게도 토성 자체는 서서히 사라지지만, 그 달들은 생명체가 살 수 있는 판도라의 후보가 되는 것입니다. 천왕성과 해왕성 같은 얼음 거인들은 사실 내부가 물, 암모니아, 메탄이 섞인 고온의 유체층으로 구성되어 있습니다. 이들이 골디락스 존에 들어오면 태양빛으로 외측이 팽창하고 내부 유체층이 끌어올린 수증기로 변합니다. 표면은 안개처럼 부풀어 오르고 곧 행성 전체가 끓는 수증기 행성이 됩니다. 처음엔 파랗게 아름답게 빛나지만 사실은 폭발 직전의 증기 덩어리일 뿐입니다.
폴리페무스가 과학적으로 가능한 이유
이렇게 보면 아바타의 폴리페무스 같은 설정은 과학적이지 않아 보입니다. 하지만 놀랍게도 폴리페무스 설정은 과학적으로 충분히 가능합니다. 왜냐하면 실제 관측에 따르면 별 가까이에서도 살아남는 기체 행성이 존재하기 때문입니다. 그 비밀은 세 가지로 요약할 수 있습니다.
첫째는 별의 크기에 따라 다를 수 있다는 점입니다. 태양보다 훨씬 작고 어두운 적색 왜성 주변에서는 별빛이 약하기 때문에 골디락스 존이 훨씬 더 안쪽에 형성됩니다. 태양풍으로 불리는 우주 자외선도 상대적으로 약해서 기체 행성도 대기를 잃지 않고 유지할 수 있습니다. 둘째, 행성의 질량이 중요합니다. 목성보다 훨씬 무거운 기체 행성이라면 엄청난 중력으로 대기를 단단히 붙잡을 수 있습니다. 폴리페무스가 목성보다 훨씬 무거운 행성이라면 별의 열에도 쉽게 날아가지 않을 것입니다. 셋째, 강력한 자기장의 존재입니다. 지구는 자기장이 태양풍을 막아주는데, 목성의 자기장은 지구보다 2만 배 이상 강합니다. 폴리페무스처럼 거대한 행성이라면 그 자기장이 폭풍을 막아내며 대기를 보호할 수 있습니다.
실제로 WASP 76B 같은 행성은 표면 온도 2400도에서도 여전히 대기를 유지하고 있습니다. 그리고 진짜 핵심은 그 주변을 도는 달들입니다. 이런 행성은 내부열과 복사 에너지를 방출하기 때문에 달들은 별빛과 행성의 복사열을 동시에 받아 온도가 안정적으로 유지됩니다. 즉 판도라처럼 생명체가 살기 좋은 환경이 만들어지는 것입니다. 목성보다 큰 기체 행성이라면 골디락스 존 안에서도 안정적으로 유지할 수 있다는 결론에 도달하게 됩니다. 이는 단순한 공상과학 소설의 설정이 아니라 실제 우주에서도 충분히 가능한 시나리오입니다.
결론적으로 각 행성이 골디락스존으로 옮겨진다면 어떻게 되는지 가설을 내려보는 것은 절대로 불가능한 일이지만 생각해보는 것만으로도 흥미롭습니다. 오히려 골디락스존에 가까워지면서 생명체가 살 수 있는 조건이 되는 행성도 있다는 사실은 지구의 위치가 얼마나 축복받은 위치인지 다시금 깨닫게 합니다. 또한 아바타에 나오는 행성이 실제로 우주에서 가능한 설정이라는 점은 신비롭기까지 합니다. 어디 저 먼 곳에서는 정말 아바타 같은 행성에서 생명체들이 살고 있을지도 모른다는 상상은 우주의 무한한 가능성을 보여줍니다.
[출처]
만약 태양계 모든 행성이 골디락스존 안에 있다면 어떻게 될까? (feat. 폴리페무스)/고구마머리 '만약' 유튜버: https://www.youtube.com/watch?v=HrnkjA-ZvXQ