당신은 화성으로 떠날 수 없다

"우리는 '우주 다행성 종'이 될 수 있을까?"
우주 개발을 둘러싼 과학적, 기술적, 윤리적 장벽들

"스타십은 인류를 화성으로 데려가고, 결국 인류를 다행성 종으로 이끌 것이다." 일론 머스크는 기회가 있을 때마다 화성에 인구 100만 명 규모의 도시를 건설하겠다는 굳은 의지를 감추지 않는다. 그 방법의 하나로 재사용 가능한 우주선을 만들어 1인당 탑승권 가격을 20만 달러 이내로 낮춘다면, 화성으로 떠나려고 하는 사람들이 줄을 설 것이라고 확신한다. 그러고는 시험 비행 하나하나에 큰 의미를 부여하고, 사람들의 열광적인 지지를 이끌어낸다. 하지만 딱 여기까지다. 여러 차례 이뤄진 시험 발사에도 불구하고 지금까지 스타십은 단 한 번도 궤도 밖으로 벗어난 적이 없다. 스페이스X는 2030년까지 화성에 유인 우주선을 보내겠다고 공언했으나, 적어도 100명이 탈 수 있는 유인 우주선이 그때까지 완벽히 만들어질지 의문이다.
문제는 여기서 그치지 않는다. '완벽한' 스타십이 완성된다고 해도 달보다 100배나 먼 화성까지 인간을 안전하게 보내는 일은 그보다 더 어려운 일이고, 더욱이 그들이 화성에 도착한다고 하더라도 목숨을 부지하는 일은 그보다 훨씬 더 어렵다. 그런데 왜 일론 머스크는 이토록 불가능해 보이는 원대한 꿈을 꿀까? 과연 그의 말처럼 우리는 생애 내에 화성에 갈 수 있을까? 더 나아가 화성에 도시를 세우는 일이 가능하기는 할까?
이탈리아의 저명한 천체물리학자이자 로마 토르 베르가타 대학교 물리학과 교수 아메데오 발비(Amedeo Balbi)는 몇몇 우주 사업가들이 우주 진출에 대한 사람들의 낭만적인 꿈을 이용해 단지 경제적 이윤 추구에 몰두하고 있다고 비판한다. 『당신은 화성으로 떠날 수 없다』에서 저자는 일론 머스크와 제프 베이조스와 같은 우주 사업가들이 추진하는 행성 식민화가 극복하기 어려운 다양한 물리적 조건에 의해 난관에 봉착해 있으며, 이들의 계획이 처한 과학적, 기술적, 윤리적 장벽을 천체물리학자의 관점에서 조명한다.
그는 "현재의 기술로는 외계 행성에서의 인간 생존이 현실적으로 가능한지에 대해 근본적인 질문을 던져야 한다"고 지적하며, 과학의 진보로도 절대 넘을 수 없는 장벽이 존재한다고 주장한다. 이를테면, 에너지 측면에서 빛의 속도에 도달할 수 없고, 무거운 질량의 물질이 중력의 속박에서 벗어날 획기적인 수단이 없으며, 결정적으로 수십억 년에 걸쳐 누적된 지구 생물권을 그대로 가져가 옮기는 것이 사실상 불가능하다는 사실을 지적한다.
그렇다면 지구 밖으로 나가려는 인류의 모든 꿈을 포기해야 할까? 사업가들의 원대한 꿈은 그렇다 치더라도 역사상 가장 위대한 과학자로 평가되는 스티븐 호킹이 생전에 언급했던 "우리 종의 장기적인 생존의 유일한 희망은 지구에 머물지 않고, 우주 공간으로 퍼져 나가는 것이다"라는 발언도 허언 정도로 취급해야 할까?


"화성 테라포밍과 지구 온난화 해결, 어떤 일이 더 쉬울까?"
당신이 지구를 떠나 화성에서 살 수 없는 이유


우주 탐사와 화성 식민화의 가장 큰 어려움은 뭘까? 이에 대해 아메데오 발비 교수는 풀기 어려운 두 가지 기술적인 문제가 있다고 지적한다.
우선, 우주선은 지구 대기권을 벗어나는 데에만 엄청난 열량을 소진함으로써 정작 먼 거리를 이동할 때, 이를테면 지구에서 화성까지 로켓을 계속 켜놓고 직선거리로 비행할 수 없다. 그럴 수 있다면 여행 시간을 크게 줄일 수 있겠지만, 넉넉한 양의 추진제를 가지고 가는 것이 사실상 불가능하다. 따라서 우주선은 행성 간의 중력을 활용한 궤도 비행을 해야 하는데, 화성까지 가는 데만 무려 9개월이 걸린다. 그 기간 승무원과 여행객의 안전을 담보할 기술이 전혀 없다(달과 화성은 근본적으로 다르다). 식량과 물자 무게도 비현실적으로 늘어나겠지만, 그 문제 외에도 태양에서 쏟아지는 방사선을 비롯한 해로운 전자기파를 차단하는 기술이 현재로서는 없다. 우주선 벽 두께를 늘리는 방법이 있지만, 필연적으로 우주선의 질량 증가를 가져와 엄청난 비효율성을 가져올 것이다. 더군다나 9개월 동안 무중력으로 밀폐된 공간에서 생활해야 한다는 건 목숨을 걸어야 할 만큼의 모험이다.
두 번째로는 숱한 어려움을 뚫고 화성에 안전하게 도착했다고 가정했을 때 생겨나는 문제다. 화성 체류자들이 호흡할 산소와 먹을 수 있는 물과 식량을 넉넉히 확보할 수 있을까? 지구와 화성 간에는 일정 시간에만 길이 열리는 '발사 창(Launch window)' 때만 드나들 수 있는데, 화성에 한 번 도착하면 적어도 1, 2년 동안은 냉혹한 환경에서 보내야 한다. 지구로부터 수시로 산소와 물자를 공급받는 국제우주정거장과 달리 사실상 고립된 화성 정착지는 엄청난 양의 먹을거리와 물, 공기를 현지에서 수급해야 함에도 사실상 해법이 없다. 전기분해, 수경재배 등 이런저런 개념들이 제안되고는 있지만, 현실화 가능성이 매우 낮다.
혹자는 기술 진보로 이 모든 문제를 극복할 수 있을 거라고 말한다. 저자 또한 조금씩 나아질 것이라는 사실 자체는 부정하지 않는다. 언젠가 아폴로 탐사 때처럼 '잠시' 다녀오는 일이 불가능하지는 않을 거라고 말한다. 그러나 화성 식민화는 물론 장기적인 체류는 불가능할 것이라고 못을 박는다. 인간에게 필수적인 지구의 환경 일부를 통째로 옮길 수 없는 한, 극도의 추위와 함께 지구보다 100배 많은 방사선이 내리쬐는 화성 환경을 인간이 버텨낼 수 없을 거라는 것이다. 화성의 기후를 지구처럼 만들겠다는 테라포밍에 관한 개념에 대해서도 물리적 불가능성을 조목조목 비판한다. 그러고는 이렇게 일축한다. "만약 화성을 테라포밍할 기술이 있다면, 지구 온난화를 먼저 해결하는 게 훨씬 더 쉽지 않을까?"


"왜 우리는 지구를 떠나야 하는가? 도대체 왜?"
생명체, 우주여행, 행성 식민지를 둘러싼 과학의 유감
행성 식민화 담론은 궁극적으로 지구에서 인류의 거주가 불가능해질 거라는 전제에서 출발한다. 태양이 부풀어 오르는 10억 년 후라면, 지구 표면의 평균온도가 섭씨 50도에 이를 것이며 우리는 지구에서 사라질 것이다. 그전에 소행성, 혜성과의 충돌이든, 거대한 화산 폭발이든 과거 대멸종을 일으켰던 인류 멸망의 각본이 충분히 일어날 수 있다. 그러나 오늘날은 자원 소멸, 빈곤, 지구 온난화 문제 등 우리 스스로 일으킨 문제로 인해 우리의 종말이 앞당겨질 위기에 처해 있다. 그렇다 보니 그 대안으로 지구를 떠나 달이든 화성이든 새로운 행성 위에 인류의 주거지를 마련해야 한다는 것이 행성 식민화론자들의 생각이다. 그런 그들의 생각에 아메데오 발비 교수는 의문을 제기한다. "도대체 왜, 지구를 떠나 심지어 남극보다 살기 어려운 화성에서 굳이 살아야 하는가?"
그는 화성뿐 아니라 달, 수성, 금성, 심지어 태양계 밖 인류의 거주 가능성이 조금이라도 있는 외계 행성에 이르기까지 다양한 행성에서의 생존 조건이 얼마나 고난도 기술을 필요로 하는지 다양한 사례를 통해 분석한다. 그러고는 역설적인 결론에 도달한다. "그 수준의 기술에 도달한다면 지구 온난화, 자원 소멸, 식량 부족 등 전 지구적 어려움을 풀어내는 데 전혀 어려움이 없을 것이다."
아닌 게 아니라, 우주 개발론자들이 주장하는 우주 식민지에 필요한 기술들이 지구에서 쓰인다면, 단지 화성의 거주민 100만 명이 아니라 수십억 인류(더 나아가 지구 생명체까지)가 더 많이 행복해질 거라는 확신이 생겨날 법하다. 행성에 대기를 되살리는 테라포밍, 우주의 인공 거주지 우주 거주구(Space colony), 중력적 한계를 극복하는 우주 엘리베이터(Space elevator), 성간 여행을 가능케 하는 핵융합 우주선처럼 무한한 상상력이 만들어낸 우주여행의 수단들이 실현된다면 지구 온난화 문제는 너무도 사소한 일이 된다.
그렇다고 저자가 우주 개발과 우주 탐사 전체를 회의적으로 보는 것은 아니다. 지구상에 복잡한 문제가 가득함에도 불구하고 우주 밖 세상에 대해 꾸준한 관심과 투자가 이어져야 한다고 지적한다. 우주를 관측하고 개발하는 과정에서 얻은 기술과 교훈을 생각하면 너무도 당연하지 않은가. 다만 그는 오늘날의 우주 탐사 방식이 과거 아폴로 탐사 이후의 단절처럼 경제적 정치적 이해관계에 따라 지속 불가능한 방식으로 진행되고 있다는 점을 경계한다. 불가능한 것을 가능한 것처럼 포장하는 것이야말로 우주 탐사에 장기적으로 독으로 작용할 거라는 게 그의 생각이다.
이 책은 우주 탐사를 둘러싼 다양한 과학적 아이디어뿐 아니라, 우주 탐사의 실질적인 구현에 필요한 실질적인 도전과 과제들을 직시하도록 하고, 독자들에게 우주와 지구 사이의 복잡한 관계를 이해하는 데 흥미와 시사점을 제공한다. 2023년 이탈리아 갈릴레오상 선정위원회가 이 책을 과학 저작물 대상작으로 선정하며 밝힌 것처럼 "아메데오 발비의 통찰력 있는 분석은 우주 탐사가 단순히 새로운 기술의 개발이나 경제적 이익을 넘어서 인류가 우주적 존재로서 자신의 역할을 어떻게 수행해야 하는지에 대한 근본적인 질문이 담겨 있다." 우주 탐사에 관한 낙관적인 전망과 신중한 현실 감각 사이에서 균형을 잡으며, 우주의 미래에 대한 색다른 성찰과 함께 과학적 이해를 높일 수 있을 것이다.

**이어서

"이 책은 천체물리학적 전문성과 과학적 소통 능력을 바탕으로 인류의 미래와 지구 밖 우주의 삶에 대한 심오한 철학적 질문을 통합해냄으로써 과학에 크게 공헌했다. 다른 행성을 식민화하는 과학적 측면뿐 아니라, 그러한 탐사가 지구를 더 잘 이해하는 데 어떤 의미가 있는지에 대한 심오한 함의를 탐구한 점이 높이 평가할 만하다."
━ 2023 갈릴레오상(Premio Galileo 2023) 과학 저작물 대상 선정 이유 중에서

"과학적 통찰과 함께, 인간이 우주적 존재로서 자신의 역할을 어떻게 수행해야 하는지에 대한 근본적인 질문을 던진다. 아메데오 발비는 이 과정에서 독자들에게 지구 및 우주 탐사의 복잡한 문제를 더 깊이 이해하고, 미래에 대한 색다른 성찰을 제공한다. 매우 흥미로운 책이다."
━ 『라 레푸블리카(La Repubblica)』

"천체물리학자로서 명망 높은 저자는 공상과학을 통해 보이는 우주가 매력적으로 보일 수 있지만, 우리가 매일 보는 것보다 더 귀중할 수 없다는 사실을 상기시킨다. 그는 이 책에서 지구와 유사한 다른 행성이 있을 수 있는지, 이 행성들이 진짜 인류를 구할 비상구인지 흥미롭게 탐구한다."
━『코리에레 델라 세라(Corriere della Sera)』

" 저자는 이 책에서 우주 식민지화의 현실 가능성을 탐구하면서, 우리가 당면한 환경 문제에 대한 해결책을 찾는 것이 더 시급하다고 지적한다. 그는 현재의 기술로는 프록시마 b와 같은 가장 가까운 행성에 도달하는 것이 불가능하다고 말하며, 우리가 지구를 떠나 새로운 행성으로 이주하는 것은 현실적이지 않다고 결론짓는다."
━ 『라 스탐파(La Stampa)』

─ 추천의 글 황호성(서울대학교 물리천문학부 교수)
─ 프롤로그 "이 얼마나 멋진 세상인가"

─ 제1장 지구 종말의 각본 ─ 소행성과 혜성, 그리고 화산
하늘에서 내려오는 죽음 | 지구가 소행성과 충돌할 확률 | 관측하고, 예측하라 | '충돌'에 대비하다 | 화산의 대폭발과 초신성 | 대가속이 의미하는 것 | "지구를 떠나야 살 수 있다"

─ 제2장 가고 싶은 곳 ─ 화성과 달, 그리고 우주 식민지
지구에서 탈출하는 법 | 우주 탐험의 짧은 역사 | 아름다운 곳, 그 정반대의 공간 | 어디로 (안) 떠나야 할까? | 가깝고 먼 거대한 황야 | 다시 달로 향하다 | '종이 위'의 화성 프로젝트 | 화성으로 떠나는 흔한 여행법 | 화성은 아름답다, 그러나 | 지구의 남극도 그곳에서는 천국이 된다 | 밀폐된 유리 안에서 생존하기 | 우주를 파는 상인 | 화성행 '편도' 탑승권 | 테라포밍, 푸른 화성이 될 수 있을까? | 간과할 수 없는 화성 생물체 | 우리가 화성으로 떠날 수 없는 이유 | 우주의 섬, 우주 거주구 | 하늘로 가는 엘리베이터가 있다면 | 지구 저 너머

─ 제3장 태양계 너머의 세계 ─ 거주 가능한 행성과 성간 여행
'거주 가능한 행성'이 말하는 것 | 또 하나의 지구, 지구 2.0 | 요람에서 떠나기 | 목성 밖으로, '중력 투석기' | 성간 여행을 위한 현실적인 기술 | 20년 안에 프록시마에 갈 수 있을까? | 세대 우주선, 우주 방주 | 빛의 속도로 비행할 때 일어나는 일

─ 에필로그 기술은 '물리의 한계'를 우회할 수 없다
─ 후주

아메데오 발비 Amedeo Balbi
이탈리아의 저명한 천체물리학자. 로마 토르 베르가타 대학교 물리학과에서 천문학 및 천체물리학 교수로 재직 중이다. 초기 우주의 물리학, 암흑 물질과 암흑 에너지 문제, 우주에서의 생명체 탐색을 포함한 우주를 둘러싼 광범위한 주제가 그의 주된 연구 대상으로, 집필한 과학 논문만도 100편이 넘는다. 특히, 우주론 계수들의 값을 세계 최초로 정확히 측정하고, 우주의 기하학적 구조를 규명하는 데 큰 공헌을 했다. 국제천문연맹, 기초 질문연구소(FQXi), 국제우주학회 SETI 상임위원회, 이탈리아 천체생물학회 과학평의회의 정회원이기도 하다.
과학의 대중화 활동도 활발하다. 다양한 교양 과학 TV 프로그램의 고정 패널로 출연하는 한편, 《사이언티픽 아메리칸 (Scientific American)》, 《라 레푸블리카(la Repubblica)》, 《라 스탐파 (La Stampa)》 등 과학지와 종합 일간지를 넘나들며 대중을 위한 글쓰기를 이어가고 있다. 또 와이어드 넥스트 페스트(Wired Next Fest), 토리노 도서전, 테드×로마(TED×Roma) 등 다양한 행사에서 공개 강연을 하고 있다.
지은 책으로는, 2021년 이탈리아 최고의 과학책(아시모프상 수상작)으로 선정된 《마지막 지평선(L'ultimo orizzonte)》을 비롯해, 《별 너머에 존재하는 것들(Il buio oltre le stelle)》 등 10권이 넘는 대중 과학 베스트셀러가 있다. 그중 이 책 《당신은 화성으로 떠날 수 없다(Su un altro pianeta)》는 우주여행, 생명체 탐사, 행성 식민지 등을 둘러싼 대중의 궁금증을 풀어낸 책으로, 2023년 이탈리아 최고 권위의 갈릴레오상 대상작으로 선정됐다.