드레이크 방정식의 자세한 설명

- 이하 내용은 칼 세이건 <코스모스>에서 추린 내용입니다.

 

코넬 대학교 프랭크 드레이크 교수가 창안한 방정식.

드레이크 방정식의 가치는 여러 가지 관점에서 논의될 수 있겠지만 한 가지 꼭 지적하고 싶은 것은

이 방정식이 항성천문학, 행성과학, 유기화학, 진화생물학, 역사학, 정치학, 이상심리학 등

참으로 다양한 분야의 학문과 연관되어 있다는 사실이다.

코스모스의 상당 부분이 이 하나의 방정식에 들어 있다고 할 수 있을 정도이다.

 

N = N* x fp x ne x fl x fi x fc x fL

 

N* : 은하수 은하 안에 있는 별들의 총수.

       이 숫자는 다음과 같은 방법으로 알아낼 수 있다.

       하늘에서 우리 은하를 대표할 수 있다고 생각되는 좁은 영역을 하나 선정해서

       그 영역에 들어 있는 별들을 하나씩 헤아린 다음 그 결과를 은하의 전영역에 대응하는 값으로 환산한다.

       이렇게 해서 얻어진 최근(이 책은 1980년에 씌어졌습니다.) 연구 결과에 따르면

       우리 은하수 은하에 있는 별의 숫자는 약 4000억 개이다.

 

fp  : 행성계를 가지고 있는 별들의 비율, 또는 행성계를 동반할 수 있는 확률

       칼 세이건은 행성을 동반한 별들의 비율을 전체 별들의 3분의 1로 잡고 있다.

       이에 대한 칼 세이건의 언급은 다음과 같다.

 

       "행성의 형성이 별의 형성 과정에 동반되는 현상이라는 증거가 도처에 널려 있다. 예를 들어 보자.

        목성, 토성, 천왕성의 주위에는 많은 수의 위성들이 있다.

        그러므로 거대 행성 하나하나가 소형의 태양계인 셈이다.

        그렇다면 행성의 탄생은 회전 원반계에서 흔히 볼 수 있는 현상이 아니겠는가?

        이 점은 행성 기원에 관한 여러 이론들도 뒷받침하고 있다.

        그뿐 아니라 쌍성계 형성에 관한 연구, 별 주위를 도는 기체 원반에서 관측되는 제반 현상들,

        태양에 가까이 있는 별들이 일으키는 중력 섭동의 결과로 나타나는 새로운 혜성의 출현을 봤을 때

        우리는 행성의 형성이 별이 생성되는 과정에서 자연스럽게 나타나는 동반 현상이라고 믿을 수 있다.

        상당수의, 어쩌면 거의 대부분위 별들이 행성을 거느리고 있을 것이다.

        그러므로 행성을 동반한 별들의 비율인 fp를 대략 3분의 1로 잡아도 크게 무리는 없을 것이다."

 

        4000억 X 1/3 = 대략 1300억.  

       (만약 별들이 우리 태양계처럼 행성들이 8개씩 있다고 가정하면 행성의 수는 무려 1조 400억개이다.)     

 

ne : 주어진 행성계에서 생명이 서식할 수 있는 여건을 갖춘 행성들의 평균 개수

       여기서는 약간 천문학적 생물학적 지식이 필요하다.

       많은 사람들이 우리 태양계에서 생명이 서식하는 행성은 지구 하나뿐 이라고 답할 것이다.

       그러나 과학자들이 보는 가정은 좀 다르다. 칼 세이건은 다음과 같이 말한다.

 

       "지구는 틀림없이 (생명이 서식할 수 있는 여건을 갖춘) 천체 중 하나이다. 어쩌면 화성도 그럴 수 있다.

        목성과 토성의 위성인 타이탄도 여기에 포함될 수 있다.

        생물들은 일단 태어나기만 하면 주위 환경에 잘 적응하면서 집요한 생명력으로 개체 수를 증가시키며

        서식지를 급속히 넓혀 간다. 행성계 하나에 생명에 유리한 환경을 제공할 천체가 하나 이상일 수도

        있다. 그렇지만 보수적 관점을 택해서 ne = 2 라고 하자"

 

        보충설명을 하면 다음과 같다. 과학자들이 보는 생명의 폭은 우리가 생각하는 생명체의 폭보다 넓다.

        마치 우리는 외계인 하면 우리와 같은 지성체를 생각하기 쉽지만

        지구가 아닌 곳에서 존재하는 자기 번식이 가능한 유기체는 모두 외계 생명에 포함된다.

        이렇게 생명의 범위를 그 자체의 의미로 확장했을 때 지구상에도 극한 환경에서 서식하는 생명체들이

        발견된다. 극지방의 두꺼운 얼음속, 압력이 상상을 초월하는 심해, 심지어는 용암이 배출되고 있는

        화산이 위치한 바닷속 화구에서도 생명이 발견되었던 것이다.

        이와 같은 현상 때문에 칼 세이건은 화성, 목성과 토성의 위성들을 생명이 서식할 수 있는 여건을 갖춘

        행성들로 보고 있는 것이다.

       1300억개 X 2 = 대략 3000억 개

 

fl : 생명이 실제로 탄생할 수 있었던 행성들이 차지하는 비율 또는 생명 탄생 확률

     칼 세이건이 선택한 확률은 1/3 이다. 역시 칼 세이건의 말을 인용하면 다음과 같다.

 

    "지구에 있는 실험실에서 수행한 일련의 실험을 통하여 우리는 생명의 기초가 되는 분자들이

     우주에 흔할 것으로 예상되는 환경에서 쉽게 만들어지는 것을 목격할 수 있었다.

     여기서 생명 현상의 기본 분자들은 자기 복제가 가능한 분자를 말한다. 즉, 자기를 복제할 수 있는

     간단한 분자들의 탄생이 우주적 환경에서 가능하다는 이야기이다.

     그러나 그 다음 단계를 추정하기 쉽지 않다.

     원시 상태에서 진행된 화학 변화에서 유전자 코드의 진화를 방해하던 어떤 요인들이 있었다면,

     바로 그 요인에 따라 fl값이 달라지기 때문이다.

     그러나 수십억년 이상 지속된 화학 변화에 그런 일이 있었다고 나는 믿지 않는다...."

 

     3000억개 X 1/3 = 1000억개

 

fi  : 태어난 생명이 지적 능력을 갖출 수 있기까지 진화할 수 있는 확률

 

fc : 지적 생물이 우리와 교신할 수 있을 정도의 고도 기술 문명으로 진화할 확률

      fi x fc  값으로 칼세이건이 선택한 값은 0.01이다.

      즉, 생명이 탄생한 행성에서 그 생명이 지적 능력을 갖추고 교신이 가능한 수준까지 이룰 수 있는 경우를

      100건 중 1 건으로 본 것이다.

      칼 세이건의 말을 들어보자

 

      " 이 값에 대한 과학자들의 추정값은 실로 다양한데, 여기서 우리가 택한 100분의 1은 그 중간 정도에

        해당하는 값이다. 어떤 학자들은 삼엽충에서 불을 다스리기까지의 진화는 급격히 진행된다고 주장한다.

        일단 생명이 태어난 행성에서라면 이 진화 과정이 순탄하게 이루어질 것이라고 믿는다.

        또 다른 한쪽에는 100억 내지 150억 년의 세월이 걸려도 고도 기술 문명으로의 진화는

        불가능하다고 주장하는 학자들도 있다.

        이 문제는 실험으로 해결될 수 없는 것이다. 우리가 실험에 동원할 수 있는 행성이

        지구밖에 없기 때문이다."

 

         1000억개 * 0.01 = 10억개

   

fL :  행성의 수명에서 고도 기술 문명의 지속 기간이 차지하는 비율

       지구의 경우를 봤을 때 전파천문학으로 대표되는 기술 문명이 존속한 시기는

       지구 전체 수십억년의 세월에 비해 겨우 수십년에 불과하다 이를 기반으로 계산해 보면 문명의 역사가

       지구의 역사에서 차지하는 비율은 1억분의 1에 불과하다.

       즉, 10억개 * 1억분의 1 = 10개.

 

즉, 칼 세이건의 가정을 따라오면 우리 은하에 존재하는 지구와 같거나 수준이 높은 문명을 구가한

행성이 10개가 존재할 것이라는 답을 도출할 수 있다.

 

"이렇게 함으로써 우리 은하에 총 열 개 정도의 문명권들이 항시 있을 수 있다는 의미이다.

 어떻든 N=10은 두 손으로 모두 셀 수 있는 작은 숫자임에 틀림이 없다. 어쩌면 N=1일 수도 있다.

 한 문명권이 성간 교신이 가능한 수준에 도달하자마자 스스로 파멸의 길로 들어섰다면

 은하수 은하에는 우리와 대화를 나눌 상대가 우리 외에는 아무도 없을 것이다.

 그러나 우리는 우리끼리의 대화도 제대로 하지 못하고 있다.

 고도의 기술 문명을 꽃피우기 위해서 인류는 수십억 년 동안 거의 고문에 가까울 정도의 노고를 겪어야 했다.

 그러나 아직도 우리는 한 순간의 방심으로 파멸의 길로 들어설 수도 있다.

 하지만 다른 가능성에도 눈길을 돌려보자.

 고도의 기술 문명이 가진 자기 파멸의 위험에 슬기롭게 대처한 문명권들도 있지 않을까?

 과거 두뇌 진화의 변덕스러움에서 초래됐던 각종의 모순을 의식적으로 잘 해결하여

 자기 파멸의 길에서 벗어난 존재가 있을 수도 있다. 설령 대규모의 혼란이 한때 일어났다고 하더라도,

 그 후에 계속된 수십억 년에 걸친 생물학적 진화를 통해서 그 혼란이 가져왔던 폐해들을

 모두 되돌려 놓을 수도 있지 않겠는가?

 이렇게 바람직한 사회들이 번영의 즐거움을 구가할 수 있는 수명은 지질학적 진화 또는 항성 진화의

 긴 시간 척도로나 가늠할 수 있을 정도로 매우 길어질 것임에 틀림이 없다.

 기술 문명들 중 약 1퍼센트만이라도 기술 문명의 불안정한 사춘기를 잘 통과한다면

 그래서 이 중차대한 역사의 분기점에서 올바른 선택만 할 수 있게 된다면 fL = 1/100 이므로

 N = 10,000,000 의 결과를 얻게 된다. 즉, 우리 은하수 은하에 존재하는 문명사회의 수효가 적어도

 수백만 개에 이른다는 추산이다.

 드레이크 방정식의 주로 앞부분에 오는 인자들, 즉, 천문학, 유기화학, 진화생물학 등과 관련된 인자들의

 추정값에도 불확실한 점이 물론 많다. 그러나 뭐니뭐니 해도 정치와 경제, 

 그리고 지구의 경우, 인간 본성에 관한 인자들이야말로 이 방정식에서 가장 불확실한 요소임에 틀림이 없다.

 은하 문명권의 거의 대부분이 자기 파멸의 길을 걷지 않는다면 부드럽고 달콤한 별들의 메시지가

 온 하늘을 가득 채울 것이다."