혜성은 지구 생명의 씨앗이 아니었을 가능성 커, 화성이 더 쉬운 표적이었다

혜성은 생명의 기원을 연구하는 화학자들이 가장 귀하게 여기는 원료 가운데 하나인 시안화수소를 듬뿍 품고 있다. 그런데 초기 지구에 쏟아진 천체 충돌을 재현한 새로운 시뮬레이션에 따르면, 혜성이 이 물질을 쓸모 있는 상태로 지표에 내려놓은 경우는 거의 없었다. 시뮬레이션으로 재현한 역사의 절반 이상에서는 그런 혜성이 단 하나도 없었다.

이 결과는 얼음 손님들이 비처럼 쏟아져 원시 지구에 생명의 재료를 채워 넣었다는, 한 세기도 더 된 생각과 정면으로 어긋난다. 결과가 유지된다면 생명의 화학적 출발 재료를 찾는 작업은 지구 자체나 소행성, 혹은 화성으로 다시 눈을 돌리게 된다. 같은 모델은 화성을 훨씬 쉬운 표적으로 평가한다.

연구는 케임브리지대학교 천문학연구소의 Richard Anslow가 이끌었고, 케임브리지대학교와 에든버러대학교의 동료들이 함께했으며, 결과는 학술지 Scientific Reports에 실렸다. “역사적으로 과학자들은 혜성이 탄소와 질소를 품은 분자를 실어 날랐기 때문에 지구 생명의 기원에 중요했다고 생각했습니다.” Anslow의 설명이다. “일종의 낭만적인 생각이지만, 우리 결과는 그럴 가능성이 매우 낮다는 것을 보여 줍니다.”

시안화수소가 중요한 이유는 탄소와 질소 사이의 삼중 결합에 에너지가 저장돼 있어 이후의 반응을 이끌 수 있기 때문이다. 이 물질을 약 10밀리몰 농도(물 1리터당 약 4분의 1그램)로 사용한 실험에서는 지질, 당, 그리고 RNA와 DNA의 구성 요소가 만들어졌다. 혜성은 이 분자를 물 얼음의 약 0.1%만큼 함유하고 있어, 온전한 상태로 도착한 혜성이라면 이론적으로 약 30밀리몰 농도의 국지적 웅덩이를 남길 수 있다. 연구진은 이를 최선의 경우로 보았다. 결합이 단단해서 더 약한 분자보다 충돌을 잘 견딜 것이기 때문이다.

10만 번의 가상 역사로 혜성 가설을 시험하다

앞선 연구 대부분은 달의 크레이터를 세어 초기 지구에 충돌한 혜성의 수를 추정했지만, 그 크레이터는 주로 소행성의 흔적일 수 있다. 이번 연구진은 David Nesvorný와 동료들의 역학 모델에서 충돌 빈도를 가져왔다. 이 모델은 해왕성 너머에서 태어난 얼음 천체 100만 개가 행성들에 의해 안쪽으로 흩어지는 과정을 추적한다. 작은 혜성은 내행성계에 닿기 전에 자전으로 부서지는 경향이 있어, 지구 충돌 횟수가 약 10분의 1로 줄었다.

날아드는 혜성은 이어서 대기를 견뎌야 했다. 연구진은 atmosentry라는 코드를 이용해 혜성을 1기압 대기 속으로 날려 보냈다. 이는 오늘날의 지표 기압과 같으며, 아마 초기 지구보다 온화한 조건이다. 지름 약 100미터 미만의 혜성은 높은 고도에서 공중 폭발로 산산조각 나며 실어 온 물질을 넓은 지역에 흩뿌렸다. 대기는 또 얕은 각도로 진입하는 혜성을 우선적으로 파괴했는데, 바로 그런 충돌이야말로 연약한 분자를 보존할 만큼 부드러운 충돌이었다.

지상에 도달한 혜성 하나하나에 대해 별도의 모델이 초속 수 킬로미터의 충돌열 속에서 시안화수소가 얼마나 살아남는지 계산했다. 연구진은 전체 충돌사를 100만 년 단위로 10만 번 반복 실행했고, 바다에 떨어진 시안화물은 곧바로 희석되므로 마른 땅에 떨어진 충돌만 셌다. 검증 차원에서 보면, 시뮬레이션 속 혜성의 총질량은 약 2.6×10¹⁸킬로그램으로, 지구 대기 속 비활성 기체를 바탕으로 한 추정치와 일치했다.

거의 0에 가까운 결과를 뒷받침하는 숫자들

초기 대충돌기 동안 지구는 지름 100미터가 넘는 혜성을 10만 개 넘게 맞았다. 그러나 일반적인 실행에서는 육지에 시안화수소를 최소 10밀리몰 농도로 남긴 충돌이 한 번도 없었다. 시뮬레이션의 54%에서는 이를 해낸 혜성이 아예 없었다. 성공한 충돌에는 100미터보다 크고, 이례적으로 느리게 움직이며, 얕은 각도로 부딪히는 혜성이 필요했다.

지구 전체로 봐도 사정은 나아지지 않는다. 혜성이 온전히 전달한 시안화물은 모두 약 26.5조 킬로그램으로, 이를 하나의 바다에 녹이면 약 0.75마이크로몰 농도에 그친다. 실험실 조리법보다 1만 배 이상 묽고, 대기에서 햇빛이 일으키는 화학 반응이 스스로 만들어 낼 수 있는 양에도 못 미친다.

시기도 혜성에 불리하다. 성공한 충돌이 일어났다 해도 가장 가능성 높은 시점은 약 44억 1000만 년 전으로, 모든 생명의 마지막 보편 공통 조상(LUCA)의 추정 연대인 약 42억 년 전보다 1억 년 이상 앞선다. 40억 3000만 년 전 이후에 성공 사례가 나온 실행은 5% 미만이었고, 그 무렵 지구에는 드러난 육지가 거의 없었다. “정말로 100만분의 1 확률의 사건이어야 할 겁니다.” Anslow의 말이다. “그런 식으로 일어났을 가능성을 확실히 배제할 수는 없습니다. 하지만 정말 드문 사건, 기껏해야 한 번뿐인 요행으로 보입니다.”

화성이 오히려 더 쉬운 표적이었다

같은 충돌사를 이웃 행성에 적용하면 순위가 뒤집힌다. 각 행성의 육지 면적을 고려하지 않으면, 유용한 농도의 시안화물을 전달한 충돌은 화성이 744회로 지구 87회, 금성 24회를 크게 웃돌았다. 화성은 더 작고 태양에서 더 멀어 혜성이 더 느리게, 평균 초속 19.7킬로미터로 충돌하며, 얇은 대기 덕분에 지름 100미터가 넘는 혜성은 거의 모두 지표에 닿는다. 화성 대기를 1기압으로 가정해도 그 수는 448회를 유지한다. 금성의 두꺼운 대기는 지름 2킬로미터 미만의 혜성을 거의 모두 파괴한다.

“물론 그것이 화성에서 확실히 일어났다는 뜻은 아니지만, 지구에서 일어났는데 화성에서 일어나지 않았다면 그건 가능성이 낮다는 것을 시사합니다.” Anslow는 이렇게 말한 뒤 덧붙였다. “아니면 또 다른, 어쩌면 더 가능성 높은 대안은 두 행성 어디에서도 일어나지 않았다는 것입니다.”

시뮬레이션이 답하지 못한 질문들

이는 하나의 분자와 하나의 전달 경로에 관한 모델이다. 이번 연구에 참여하지 않은 스페인 알칼라대학교의 우주생물학자 César Menor-Salván은 스페인 사이언스 미디어 센터에 이 논문은 농축된 시안화물이 온전히 전달될 가능성이 낮다는 것을 “증명하는 것이 아니라 계산하는 것”이라고 말했다. Menor-Salván은 충돌이 화학 반응이 이어지는 열수계를 만들 수도 있으며, 이 연구가 시안화물이 광물 속에 비축될 수 있는 방식을 다루지 않았다고 지적한다. 저자들은 철-시안화물 염 형태의 저장이 가능하다는 점은 인정하지만, 그렇게 되면 이미 농축된 한 번 분량이라는 혜성의 주된 장점이 사라진다고 주장한다.

여러 입력값은 여전히 잘 알려져 있지 않다. 초기 대기의 압력, 해수면 위로 드러난 육지의 넓이, 그리고 화학이 생명으로 넘어갈 가능성이다. 저자들은 각 값을 모두 혜성에 유리하게 설정했으며, 충돌 모델이 실제 혜성의 다공성과 강도를 무시하기 때문에 그래도 시안화물의 생존을 과대평가하고 있다고 주장한다. 또한 연구는 단주기 혜성만 다뤘다. 장주기 혜성은 더 빠르게 충돌하므로 살아남기가 한층 더 어려울 것이다.

이 연구가 혜성이 아무것도 가져오지 않았다고 주장하는 것도 아니다. 물이나 혜성이 실어 나르는 다른 수많은 화합물은 다루지 않으며, 운 좋게 느리고 비스듬히 스친 단 한 번의 충돌도 배제할 수 없다. 이번 연구에 참여하지 않은 캐나다 웨스턴대학교의 행성지질학자 Gordon Osinski는 Science News에 이 연구가 “혜성이 유기물 전달의 근원이라는 생각에 대해 사람들이 분명히 다시 생각해 보게 만들 것”이라고 말했다.

대안은 더 가까이에 있다. 초기 지구에는 혜성보다 소행성이 훨씬 자주 충돌했고, 탄소질 콘드라이트라 불리는 탄소가 풍부한 운석에는 유기물이 들어 있으며, 시안화수소는 대기에서 생성돼 드러난 육지에 느리고 꾸준하게 비처럼 내릴 수 있다. 화산과 열수 분출구도 또 다른 선택지다.

혜성과 생명의 기원에 관해 자주 묻는 질문

혜성이 지구에 생명의 재료를 가져왔을까?

이 연구에 따르면 쓸모 있는 양으로는 아마 아니다. 초기 지구를 재현한 10만 번의 시뮬레이션 역사 가운데 54%에서는 마른 땅에 농축된 시안화수소를 남긴 혜성 충돌이 한 번도 없었고, 일반적인 실행에서도 그런 충돌은 없었다.

시안화수소가 생명의 기원에 중요한 이유는?

에너지가 풍부한 삼중 결합이 더 복잡한 분자를 만드는 반응을 이끌 수 있기 때문이다. 약 10밀리몰 농도의 시안화수소를 사용한 실험에서 지질, 당, RNA와 DNA의 구성 요소가 만들어졌다.

혜성이 지구 대신 화성에 생명의 재료를 전달했을 수도 있을까?

지구보다는 쉬웠다. 시뮬레이션에서 그런 충돌은 화성 744회, 지구 87회였는데, 혜성이 화성에 더 느리게 부딪히고 얇은 대기가 혜성을 통과시키기 때문이다. 다만 제1저자는 이것이 실제로 화성에서 일어났다는 뜻은 아니라고 강조한다.

다음 과제는 혜성이 튕겨 다니는 행성계 찾기

논문은 2026년 10월 28일에 발표됐다. Anslow와 여러 공동 저자는 2023년, 행성들이 촘촘히 모인 행성계에서는 혜성이 행성에서 행성으로 튕겨 다니며 속도가 줄어들 수 있다고 제안한 바 있다. 연구진은 계획 중인 Habitable Worlds Observatory 같은 미래 망원경으로 그런 일이 일어날 수 있는 행성계를 찾아보자고 제안한다. Osinski는 다른 연구자들이 이 결과를 재현하고 탄소질 콘드라이트에 대해서도 비슷한 검증을 해 보기를 바란다. 지구에 관해서라면, 탐색의 무대는 다시 땅으로 돌아오고 있다.

참고문헌: Anslow et al., “Cometary impacts an unlikely pathway towards the origins of life on Earth,” Scientific Reports, 2026. DOI: 10.1038/s41598-026-74214-y

태그: 천문학, Mars, University of Cambridge, 혜성, 생명의 기원, 시안화수소