드레이크 방정식 - 우주 생명체 존재 방정식
우주에 무수히 많은 별이 있다는 것은 사실이다. 태양계가 속해 있는 우리 은하 안에만 1천억개 이상의 별들이 있다고 알려지고 있다. 또 그 많은 별들에 과연 무엇인가가 있지 않을까 하는 생각도 당연한 것이다. 이 문제에 대하여 아주 흥미있게 접근을 한 과학자가 있다. 바로 프랭크 드레이크(Frank Drake)다. 코넬대학 교수였던 그는 1960년 4월 8일 웨스트버지니아 주 그린뱅크 천문대의 구경 26m 전파망원경을 이용해 처음으로 외계의 지적 생명체로부터 오는 전파를 찾는 시도를 했다. '오즈마 계획'이라고 붙여진 이 첫 시도를 계기로 SETI(Search for Extraterrestrial Intelligence)계획은 공식적으로 탄생하게 되었다.
그는 이 때 '지구 밖 생명체에 관한 그린뱅크 회의'에서 흥미있는 한가지 공식을 제안하였다. 이것이 바로 유명한 드레이크 방정식(Drake's Equation)이다. 과학기술을 보유하고 있는 외계 문명의 수를 계산해 내는 방정식이 바로 그것이다. 이 방정식은 매스컴을 통해 세계적으로 유명해진 칼 세이건(Carl Sagan)이 1974년 '행성간 통신의 문제점'이라는 자신의 글에 인용하면서 세상에 널리 알려지게 되었다. 세이건의 '코스모스(Cosmos, 1980)'라는 책에도 이 내용이 일부 소개되어 있다.
N = Rx × fp × ne × fl × fi × fc × L
위의 식이 드레이크 방정식이다. 총 7개의 항으로 되어 있으며 앞의 세 항은 천문학적 계수로 외계 생명체에 대해 천문학적인 접근으로 계수를 결정하게 된다. 그리고 나머지의 두 개는 생물학적 계수, 마지막 두 개는 사회학적 계수이다. 그럼 각 항에 대해서 자세히 알아보도록 하자.
* N = 우리 은하에 존재하는 교신 가능한 진보된 기술 문명의 수
이 숫자는 우변에 있는 각각의 변수들을 곱한 값을 나타낸다. 변수들의 값을 정확히 고려할 수만 있다면 원하는 값을 구할 수 있을 것이다.
(1) 천문학적 계수
* Rx = 우리 은하 내에 생명체 탄생에 적합한 별의 생성률
매년 우리 은하에서 태어나는 항성의 수를 말한다. 즉, 항성의 숫자를 별의 평균 수명으로 나눈 것이다. 이 값은 비교적 정확하게 접근할 수 있다. 천문학자들은 우리 은하에 약 1,000억개의 별이 있다고 하며 이들 항성의 수명은 대체적으로 100억년이라고 본다. 따라서 1,000억개의 별을 100억년으로 나누면 10이라는 숫자가 나온다. 칼 세이건은 항성의 수를 4,000억개로 보고 이 숫자를 40으로 계산했다.
* fp = 항성 중에 행성이 있는 것들의 비율
항성이 있다면 대체로 행성도 함께 형성이 된다고 천문학자들은 말한다. 이것은 관측 결과라기 보다는 태양 주위를 도는 9개의 행성수를 유추하여 다른 항성들도 유사한 개수의 행성을 가질 것이라는 가정이다. 칼 세이건은 적어도 항성의 1/3은 행성을 가진다고 추정하였다. 하지만 현재까지 태양계 이외의 항성에서 행성이 발견된 적이 없다. 과연 태양계 밖의 구조가 태양계와 흡사할지는 알 수 없다. 1988년 미국의 관측팀이 90광년 떨어진 우주에서 행성을 발견하였다고 보고한 적이 있지만 연구가 진행되면서 이것은 갈색 왜성임이 밝혀졌다. 1989년에는 캐나다 빅토리아 대학의 브누스 캠펠만 교수가 자신의 관측 결과를 토대로 관측 대상 18개 항성 중 9개 항성이 행성을 가졌음을 주장하기도 하였다.
* ne = 행성을 가진 항성 중 생물이 존재할 수 있는 환경을 지닌 행성의 수
여기서 n은 수(number)를 나타내고, e는 환경(environment)의 첫글자이다. 즉 지구와 같이 행성 중에서도 생물이 존재할 만한 환경을 지닌 행성이 얼마나 되는지를 표시한다. 태양계를 예로 든다면 1/9정도가 될 것이다. 세이건은 행성을 지닌 항성마다 그 수를 2개 정도로 가정하였다.
(2) 생물학적 계수
* fl = 생태학적 환경을 지닌 행성 중 생물이 탄생하고 진화한 행성의 비율
아무리 생물이 존재할 가능성이 있는 행성이라도 실제로 스스로 번식이 가능한 생물로까지 탄생이 가능한가에 대한 문제이다. 세이건은 1/3로 가정하였다.
* fi = 태어난 생물이 지적 생물로 진화할 확률
이렇게 탄생한 생물체가 지적인 생물로 진화가 가능한가를 나타낸다. 세이건은 1%정도의 가능성을 두었다.
(3) 사회학적 계수
* fc = 지적 생물이 존재하는 행성 중에서 통신 기술을 지닌 문명인이 존재할 확률
정확한 값을 추정할 수 없다. 지구에 국한시키면 1이 되겠지만 다른 행성의 경우는 알 수 없다.
* L = 그 행성의 수명 가운데서 과학 기술을 지닌 문명인이 존재하고 있을 기간
행성의 생명체가 멸종되지 않고 유지된 기간을 말한다.
드레이크 방정식에서 비교적 정확한 추정이 가능한 값은 Rx, 단 하나다. 드레이크 박사도 현재의 과학 지식으로는 각 항의 정확한 수치를 알 수 없기 때문에 계산이 어렵다고 말했다. 결과적으로 이 방정식에는 정답이 없는 셈이다. 단지 수치적으로 외계의 지적 생명체의 수와 존재 가능성을 추정해 보는데 만족해야 할 것 같다. 이러한 과학적 시도가 쌓이면서 좀 더 발전을 거듭할 수 있으리라 기대해 본다.
참고 자료 : UFO와 신비주의 -과학과 성경의 미스터리(1996년, 조덕영 저, 두루마리, 26-32)
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