호모 사피엔스를 만들어내는 데는 30~40억 년이 걸렸다. 기후가 그 시간에 한 번만 완전히 실패했다면 진화는 멈출 것이고 우리는 지금 여기에 없을 것이다. 따라서 우리가 어떻게 행성 지구에 존재하게 되었는지 이해하려면 지구가 수십억 년 동안 생명체를 유지하는 방법을 알아야 한다.

이것은 사소한 문제가 아니다. 현재의 지구온난화는 기후가 몇 세기에 걸쳐 상당히 변할 수 있음을 보여준다. 지질학적 기간 동안 기후를 변경하는 것이 훨씬 더 쉽다. 계산에 따르면 지구 기후는 불과 몇 백만 년 만에 영하 또는 끓는 온도 이상으로 악화될 가능성이 있다.

우리는 또한 생명체가 처음 진화한 이후로 태양이 30% 더 밝아졌다는 것을 알고 있다. 이론적으로 이것은 바다가 초기 지구에서 일반적으로 얼지 않았기 때문에 지금쯤 바다가 끓어오르도록 만들었어야 했다. 이것은 "희미한 젊은 태양 역설"로 알려져 있다. 그러나 어떻게 든이 거주 가능성 퍼즐이 해결되었다.

과학자들은 두 가지 주요 이론을 제시했다. 첫 번째는 지구가 온도 조절기와 같은 것을 가질 수 있다는 것이다. 즉, 기후가 치명적인 온도로 방황하는 것을 방지하는 피드백 메커니즘 (또는 메커니즘)이다.

두 번째는 많은 수의 행성 중 일부는 운에 의해 통과할 수 있으며 지구는 그중 하나이다. 이 두 번째 시나리오는 최근 수십 년 동안 우리 태양계 밖의 많은 행성, 소위 외계 행성에 대한 발견에 의해 더욱 그럴듯 해졌다. 멀리 떨어진 별에 대한 천문 관측은 많은 행성이 궤도를 도는 행성을 가지고 있으며, 일부는 이론적으로 생명에 적합한 온도가 가능한 크기와 밀도 및 궤도 거리를 가지고 있음을 알려준다. 우리 은하에만 그러한 후보 행성이 적어도 20억개 있는 것으로 추정된다.

과학자들은 이 외계 행성으로 여행하여 지구에서 수십억 년 동안 지속된 기후 안정성과 일치하는지 조사하기를 원한다. 그러나 가장 가까운 외계 행성, 즉 Proxima Centauri 별을 공전하는 행성도 4광년 이상 떨어져 있다. 관찰 또는 실험적 증거를 찾기가 어렵다.

대신 모델링을 통해 같은 질문을 탐구했다. 일반적으로 (지구뿐만 아니라) 행성에서 기후 진화를 시뮬레이션 하도록 설계된 컴퓨터 프로그램을 사용하여 저는 처음에 무작위로 다른 기후 피드백 세트를 가진 100,000개의 행성을 생성했다. 기후 피드백은 기후변화를 증폭하거나 감소시킬 수 있는 과정이다. 예를 들어 북극에서 해빙이 녹아 햇빛을 반사하는 얼음을 햇빛을 흡수하는 바다로 대체하여 더 많은 온난화와 더 많은 녹는 현상을 일으킬 수 있다.

이 다양한 행성들 각각이 거대한 (지질학적) 시간 척도에 걸쳐 거주할 수 있는 가능성을 조사하기 위해, 나는 매 100번 시뮬레이션 했다. 행성이 다른 초기 온도에서 시작될 때마다 무작위로 다른 일련의 기후 이벤트에 노출되었다. 이러한 사건은 슈퍼 화산분출(피나투보 산과 같지만 훨씬 더 큼)과 소행성 충돌(공룡을 죽인 것과 같은)과 같은 기후변화 요인을 나타낸다. 100번 실행할 때마다 행성의 온도는 너무 뜨거워지거나 너무 추워지거나 30억 년 동안 살아남을 때까지 추적되었다. 그 시점에서 지구는 지능적인 생명체를 위한 도가니로 간주되었다.

시뮬레이션 결과는 최소한 피드백과 행운의 중요성 측면에서 이 거주 가능성 문제에 대한 확실한 답을 제공한다. 임의의 기후 사건과 상관없이 행성이 100번 모두 거주할 수 있는 강력한 안정화 피드백을 갖는 것은 매우 드물다(사실 100,000명 중 단 한 번). 사실, 적어도 한 번 거주할 수 있었던 대부분의 행성은 100개 중 10번 미만으로 그렇게 했다. 행성이 30억 년 동안 거주할 수 있었던 시뮬레이션의 거의 모든 경우에서 부분적으로는 운이 좋았다. 동시에 운 자체로는 불충분 한 것으로 나타났다. 피드백이 전혀 없도록 특별히 설계된 행성은 결코 거주할 수 없다. 기후 현상에 의해 주위를 맴도는 무작위 산책은 코스를 지속하지 못했다.

시뮬레이션의 반복 실행은 동일하지 않았다. 1,000개의 다른 행성이 무작위로 생성되었고 각 행성은 두 번 실행되었다. (a)첫 번째 실행 결과, (b)두 번째 실행 결과. 녹색원은 성공(30억 년 동안 거주 가능)과 흑인 실패를 나타낸다. Toby Tyrrell, 저자 제공

결과가 부분적으로는 피드백에, 부분적으로는 운에 의존하는 이 전체적인 결과는 강력하다. 모델링에 대한 모든 종류의 변경은 영향을 미치지 않았다. 함축적으로 지구는 기후를 안정시키는 몇 가지 피드백을 가지고 있어야 하지만, 동시에 거주 가능한 상태를 유지하는 데 행운이 포함되어야 한다. 예를 들어, 소행성 또는 태양 플레어가 이전보다 약간 더 크거나 약간 다른 (더 중요한) 시간에 발생했다면 우리는 오늘날 지구에 없을 것이다. 그것은 우리가 우리를 일으킨 시점까지 진화하고 다양화하고 점점 더 복잡해지는 지구의 놀랍고 엄청나게 확장된 생명의 역사를 되돌아볼 수 있는 이유에 대한 다른 관점을 제공한다.

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