40~46억 년 전의 지구와 화성(?)에서 생명이 탄생
약 45억 년 전부터 6억 년 전까지 지구가 형성되는 기간 동안에는 지구는 지옥 같은 곳이었다. 이 기간 동안 지구는 너무도 뜨거웠고, 화산활동이 계속 되었으며 불안정한 곳이었다. 끊임없이 운석과 미 행성(planetesimal)이 지구를 폭격하였다. 그리고 점차적으로 바다와 육지가 형성되고 생명이 시작될 준비를 하고 있었다.
그러나 지구는 태양계 행성의 신기한 위치를 점하며 안전한 곳이 되었다. 라그랑주 점(Lagrangian point)은 우주 공간에서 작은 천체가 두 개의 큰 천체의 중력에 의해 그 위치를 지킬 수 있는 위치이다. 인공위성이 지구와 달 사이에서 정지해 있을 수 있는 점이 그것이다. 그 지점은 수학적으로 5개이다. 태양과 목성 사이에는 중력이 균형을 이루는 라그랑주 L4, L5 포인트가 있고 여기에는 엄청난 소행성이 있어 트로이(Trojan) 소행성군이라고 부른다. 목성은 특별한 위치에서 거대 중력으로 지구를 지켜주고 있는 셈이다. 많은 소행성이 목성의 거대한 중력에 사로잡혀서 지구 쪽으로는 적게 다가온다.
지구의 자기장은 유해한 태양풍을 막아준다. 지구의 딱딱한 핵(core)을 둘러싸고 있는 외핵의 쇳물이 지구 형성 당시의 열로 빠르게 돌면서 만들어낸다. 내부의 열이 식어 자기장을 더는 못 만들게 되면 태양풍으로 지구에서 생명체는 살 수 없다. 고대 암석에는 자기장 방향과 세기 등이 기록돼 있는데, 약 40억 년 전 지구의 자기장은 현재의 절반밖에 안 되는 것으로 보인다. 약 40억 년 전에는 달도 강력한 자기장을 갖고 태양으로부터 지구를 지키는 역할을 했을 수 있다. 약 40억 년 전 달의 자기장 세기가 절정에 달해 지구보다 더 강했을 것으로 추정된다. 달은 지구가 형성되고 1억년이 채 안 된 약 45억 년 전에 화성 크기의 행성이 충돌하면서 나온 파편들로 만들어졌다고 설명된다. 당시 지구와 달은 약 13만㎞ 떨어져 있었다. 당시 지구의 하루는 5시간밖에 안 될 정도로 빠르게 돌았지만 자전 속도가 느려지면서 달과 멀어져서 지금은 38만4천㎞에 이르고 지금도 달은 멀어지고 있다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과 지구와 달의 자기장이 41억 년 전부터 극끼리 서로 연결돼 35억 년 전까지 유지된 것으로 나타났다. 달의 자기장이 지구의 대기를 유지하는데 보호 장벽을 제공해 준 것으로 보인다. 달도 지구처럼 내부에 철이 녹은 유체 핵을 가져 자기장을 형성하고 있었으나 10억~25억 년 전 쯤 핵이 식어 고체가 되면서 사라진 것으로 알려졌다. 달에서 자기장이 사라지면서 태양풍의 전기를 띤 하전 입자가 주변에 전기장을 만들고 이는 원자의 이온화를 가속해 대기를 빠져나갔다. 화성에서는 지금도 이것이 진행 중이다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 나온 것이라 한계가 있어 새로운 월석 샘플을 확보하면 이를 분석해 사실 여부를 확인하여야 한다.
2014년 미국 위스콘신 대학교 메디슨 캠퍼스 지질학과 연구진은 44억 년 전 지르콘 광물을 발견했다. 이들은 이 광물에는 산소 동위원소가 있어 44억 년 전에도 지구 온도가 물이 존재할 수 있을 정도였으며 따라서 생명체도 있었을 것으로 추정했다. 따라서 지구 온도가 생각보다 훨씬 더 빨리 떨어졌고 더 일찍 지각이 형성됐다고 추정하였다. 지구상의 모든 화석은 6억 년 전부터 만들어져 그전에는 생명체가 존재했을 수 있지만 존재했다는 증거는 아직 없다.
생명은 태양계에서 지구에서만 탄생한 것이 아닐 수 있다. 과거 화성에서 수천 번의 대규모 화산 폭발이 일어났었다는 증거가 발견되었다. 화성 북반구에 위치한 아라비아 테라(Arabia Terra)에서 화산 대 분화(super eruptions)의 증거가 발견된 것이다. 아라비아 테라 지역은 약 40억 년 전 약 5억 년간 엄청나게 많은 화산 폭발을 겪었던 것으로 확인됐다. 화산 대분화가 너무 강력해 먼지와 유독가스를 공기 중으로 방출해 햇빛을 차단하고 수십 년 동안 화성의 기후를 변화시킬 수 있었다. 이 거대 분출로 인해 이곳의 화산은 ‘칼데라’라고 알려진 큰 구멍으로 붕괴된 것으로 추정된다.
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021GL094109
초기 화성은 활동적인 행성이었고 표면에 지구처럼 생명이 존재할 수 있는 액체 상태의 물이 존재했던 것으로 보인다. 화성탐사선(Curiosity)의 탐사에 의하면 화성에서는 약 40억 년 전 폭풍이 일어나 대량의 비가 쏟아져 호수와 강이 형성했다. 이는 화성에서 볼 수 있는 크레이터를 둘러싼 자갈 굴곡의 퇴적물을 남겼다. 화성에 있는 게일 크레이터(Gale Crater)에서 약 40억 년 전 대규모 홍수가 일어났었다는 증거도 발견됐다. 당시 소행성이나 혜성이 화성 표면에 부딪혀 축적돼 있던 얼음을 가열해 일어났을 가능성이 있다. 약 200만 년 전 지구에서 얼음이 녹으면서 형성된 특징과 같다. 화성에 한때 미생물 같은 생명체가 존재했을 가능성을 보여주는 발견이다. 화성에서 대량의 얼음이 녹아 물로 방출되려면 이산화탄소와 메탄 그리고 얼음 수증기를 방출하는 중대한 영향이 필요하다. 수증기와 기체들이 결합해 짧지만 따뜻하고 습한 기간이 만들어져 생명이 존재할 수 있게 했을 것이라는 추정이 가능하다. 다만 홍수가 끝난 뒤에도 따뜻하고 습한 기후가 지속됐지만, 그 기간이 얼마나 되는지는 확인할 수 없었다. 또한 소행성 충돌에 의해 발생한 열기에 의한 응결 덕분에 구름이 형성돼 집중호우를 일으켰을 가능성도 제기됐다.
