1976년, 인류는 우주의 가장 오래된 질문 중 하나인 ‘우리는 혼자인가?’에 답하기 위한 가장 야심찬 탐사에 착수했습니다. 두 대의 쌍둥이 궤도선과 착륙선으로 구성된 NASA의 바이킹 임무는 화성에 운용 가능한 우주선을 최초로 성공적으로 연착륙시켰을 뿐만 아니라, 행성에서 외계 생명체를 직접 탐사한 유일한 사례입니다. 이 선구적인 노력은 행성 거주 가능성과 지구 밖 생명체의 잠재력에 대한 우리의 이해를 형성하며, 과학적 논쟁을 계속해서 촉발하는 결과를 낳았습니다.
1975년에 발사된 바이킹 우주선은 화성의 대기, 표면, 지질학적 역사에 대한 과학적 이해를 재정의하도록 설계되었습니다. 주요 생물학적 조사 외에도, 이 임무에는 이미징, 열 지도 작성, 대기 및 표면 구성 분석, 기상 연구를 위한 정교한 장비가 탑재되었습니다. 이러한 기능 덕분에 바이킹은 붉은 행성에 대한 포괄적인 새로운 그림을 그릴 수 있었습니다.
중요한 대기 통찰 중 하나로, 바이킹 데이터는 화성이 한때 훨씬 더 밀도 높은 대기를 가졌으나 시간이 지나면서 이를 잃었음을 시사했습니다. 또한 이 임무는 바람에 의해 대기 중에 영구적으로 부유하는 먼지 입자로 인해 발생하는 행성의 특징적인 분홍색 하늘을 관측했습니다. 나아가 바이킹은 화성 극지방의 이산화탄소 승화 및 응결로 인한 표면 압력의 계절적 변화를 발견했습니다. 지구에서는 볼 수 없는 이 독특한 과정은 대기 구성이 기체 형태와 고체 형태 사이에서 크게 변화하게 만듭니다.
생명체 탐사: 생물학 실험
바이킹의 생물학적 탐사의 핵심에는 화성 토양에서 미생물 생명체를 탐지하도록 설계된 세 가지 개별 실험이 있었습니다. 각 실험에서 토양 샘플은 멸균된 실험실에 도입되어 통제된 대기 조건 하에 다양한 영양분에 노출되었습니다. 연구원들은 영양분을 섭취하는 미생물의 대사 과정을 나타낼 수 있는 화학적 구성 변화를 면밀히 모니터링했습니다. 탐지 능력을 높이기 위해 특정 영양분에는 방사성 탄소가 포함되어 대사 부산물을 정밀하게 추적할 수 있었습니다.
탄소 동화 (열분해 방출) 실험은 화성 대기 조건을 시뮬레이션하여 방사성 이산화탄소와 일산화탄소를 실험실에 채워 토양과의 상호작용을 관찰했습니다. 반대로 표지 방출 실험은 방사성 탄소를 포함한 영양분을 토양 샘플에 직접 주입했습니다. 이 실험은 방사성 이산화탄소 방출 형태로 잠재적인 생물학적 신호를 감지했으며, 가장 모호하면서도 흥미로운 결과를 제공했습니다.
세 번째 조사인 기체 교환 실험은 실험실을 비활성 헬륨으로 채우고 토양을 다양한 수분 및 영양분 조건에 노출시켰습니다. 토양 샘플이 습기를 머금자 즉각적인 화학 반응이 일어났는데, 이는 주로 수분 증발, 토양 내 초과산화물과의 반응, 그리고 산소 분자의 분해 때문으로 추정되었습니다. 이러한 변화가 실험실의 대기를 변화시켰지만, 미생물에 의해 발생했을 가능성은 낮다고 판단되었습니다. 신선한 영양분을 사용하고 동일한 토양으로 반복된 후속 실험에서는 주로 이산화탄소가 방출되었는데, 이는 추가된 영양분 속 유기 물질이 분해된 결과로 보였습니다.
궁극적으로 이 세 가지 실험의 해석은 간단하지 않았습니다. 표지 방출 실험의 결과는 생물학적 원인을 시사했지만, 탄소 동화 실험과 기체 교환 실험 모두 관찰된 변화의 원인이 비생물학적 또는 무기 화학 반응임을 가리켰습니다. 이로 인해 프로젝트 책임 연구원들은 바이킹 착륙선이 생명체를 명확하게 발견하지 못했지만, 그 가능성을 완전히 배제할 수는 없다고 결론 내렸습니다.
분자 분석과 후일의 발견
생물학 실험과 병행하여 분자 분석 실험은 화성 표면에서 유기 화합물, 즉 생명체와 일반적으로 관련된 탄소 기반 분자를 직접 탐색했습니다. 놀랍게도 이 실험에서는 유기 화합물이 전혀 감지되지 않았는데, 이는 유기물이 풍부한 운석이 화성에 역사적으로 충돌해왔다는 점을 고려할 때 당혹스러운 결과였습니다.
수십 년 후인 2008년, NASA의 피닉스 착륙선은 이 당혹스러운 결과에 대한 잠재적인 설명을 제공했습니다. 피닉스 임무는 화성 토양에서 고농도의 과염소산염을 발견했습니다. 과염소산염은 바이킹의 분자 분석 과정에서처럼 가열될 때 유기 화합물을 화학적으로 파괴하는 것으로 알려져 있습니다. 이 발견은 바이킹 샘플에 존재했던 유기 물질이 감지되기 전에 소각되었을 수 있음을 시사하며, 오랫동안 풀리지 않던 화성의 미스터리를 해결했습니다.
현대적 영향과 미래 전망
바이킹 임무의 발견은 계속해서 우주생물학 연구의 초석이 되며, 새로운 모델과 조사를 촉발하고 있습니다. 예를 들어, 응용 분자 진화 재단(Foundation for Applied Molecular Evolution)의 스티븐 A. 베너(Steven A. Benner) 이사는 최근 원래 바이킹 생물학 실험 측정값을 재평가하여 현재 화성 생명체에 대한 새로운 모델을 개발했습니다. 그의 모델은 미생물이 방사성 탄소 영양분을 사용하여 스스로 먹이를 만들고 산소를 흡수하며 밤에는 이산화탄소를 배출할 수 있다고 제안하는데, 이는 토양이 습기를 머금었을 때 관찰된 산소 방출과 같은 일부 모호한 신호를 잠재적으로 설명할 수 있습니다. 이 모델이 화성 생명체에 현존하는 생명체에 대한 흥미로운 가능성을 제시하지만, 그 확인은 미래의 연구와 전담 임무를 기다리고 있습니다.