영화 ‘프로젝트 헤일메리’ 속 주인공 라일랜드 그레이스(배우 라이언 고슬링)의 모습. 소니픽처스 제공


‘프로젝트 헤일메리’가 개봉 11일 만에 100만 관객을 돌파하며 ‘인터스텔라’, ‘마션’에 이어 과학픽션(SF) 영화의 새 흥행 기록을 써낼지 관심이 쏠리고 있다. ‘마션’의 원작자 앤디 위어의 2021년작 소설을 영화화한 이 작품은 그 어떤 영화보다 실제 과학에 기반한 이야기거리들을 풍성하게 담고 있다는 평가를 받는다. 모처럼 영화 한 편이 과학에 대한 대중의 흥미를 이끌어내고 있으니, 국내외 과학계에서도 이 영화에 대한 각종 기사와 칼럼들 바다이야기프로그램 을 쏟아내고 있다. 여러 이야기들 중 우주 미생물, 기후변화, 성간여행 등 독자들이 관심을 가질 만한 이야기거리 몇 가지를 추려봤다.
작품의 기본적인 줄거리 자체는 단순하고 익숙하다. 태양에 알 수 없는 문제가 생겨서 지구가 위기에 처한다. 이를 해결하기 위해 중학교 과학교사인 라일랜드 그레이스가 다른 태양계로 여행을 떠나고, 이 과정에서 릴게임골드몽 예기치 못한 존재와 조우한다.
다만 공학자 출신인 작가는 재밌는 이야기를 끌어가기 위해 ‘과학’이란 이름표만 붙인 만능상자를 이용하는 대신, 과학에 기반한 상상의 범주를 벗어나지 않는 설정 위에서 조심스럽게 이야기를 풀어나간다. 예컨대 이 작품에는 세 종류의 외계 생명체가 나오는데, 셋 모두 그동안 대중매체에서 전형적으로 구현되어 온 ‘ 릴짱릴게임 외계인’의 형상과는 동떨어져 있지만 “과학적으로 그럴듯하다”는 평가를 받는다. 천체물리학자 재클린 맥클리어리 미국 노스이스턴대 조교수(물리학)는 “허구적인 요소가 강해지고 오늘날 과학의 한계를 넘어서는 듯한 전개를 보이지만, 과학적 기반이 이야기의 토대를 이루고 있다”고 평가했다 .
우주 미생물이 이끌어가는 이야기

오리지널골드몽 뭐니 뭐니 해도 이 작품 최고의 ‘치트키’는 ‘아스트로파지’(Astrophage)다. 일종의 우주 미생물인 아스트로파지는 이야기 속 대재난이 벌어지게 된 원인이다. 한마디로, 아스트로파지는 에너지를 흡수해 자신의 질량으로 저장하고, 그것을 다시 에너지로 방출할 수 있는 존재다. 알베르트 아인슈타인이 증명한 것처럼 질량(m)과 에너지(E)는 오션파라다이스다운로드 동일한 물리적 실체의 두 가지 형태로, 서로 변환될 수 있다. 다만 아스트로파지의 질량-에너지 변환율은 100%에 가까운데, 이는 작품 전체에서 가장 비과학적인 설정으로 꼽힌다. 여태까지 인간이 만들어낸 가장 고효율 에너지인 핵분열의 효율은 0.1%에 불과하고, 별 안에서 일어나는 핵융합 반응의 효율도 0.7% 수준이다. 태양의 경우 지난 45억년 동안 자기 질량의 단 0.03%만을 에너지로 변환했을 뿐이다.




태양 표면에서 발생하는 강렬한 에너지 방출 현상을 포착한 장면. 나사(NASA) 고다드 우주비행센터 제공


물질과 반물질이 접촉해 ‘쌍소멸’(pair annihilation)을 일으키면 이론상 100%의 질량 변환이 일어난다. 그러나 반물질은 자연상태에서 극소량만 존재하며, 인위적인 방법으로 얻거나 얻은 것을 유지시키는 것이 극히 어렵다. 지금까지 지구상의 모든 실험실에서 생산된 반물질은 고작 몇 밀리그램에 불과하다. 과학잡지 ‘어스트로노미’와 한 인터뷰에서 앤디 위어는 작품 속 과학적 설정에 대해 “작가로서, (과학) 규칙을 깰 수 있는 최소한의 방법만을 찾아 그대로 실행하고 싶었다”고 밝혔다. 그는 아스트로파지가 다른 물질과 상호작용하지 않는 ‘유령입자’인 중성미자를 자기 세포 내에서 어떤 알 수 없는 방식으로 활용한다는 상상을 도입했다. 체내에서 쌍생성-쌍소멸을 일으킬 수 있는 미생물이라니, 작품 최고의 ‘치트키’라 할 만하다.
아스트로파지는 대재난의 원인이자, 그것을 해결하기 위한 주인공의 성간여행을 가능하게 하는 수단이기도 하다. 자신의 질량을 변환해 적외선으로 방출하는데, 그것이 우주선을 추진하는 동력으로 쓰인다는 설정이다. 변환 효율이 100%에 가까우니, 광속(초속 30만㎞)에 가까운 속도를 내는 것이 가능하다. 주인공은 이를 활용해 13년 만에 지구에서 11.9광년 떨어진 타우 세티에 도달한다. 여태까지 인류가 만든 가장 빠른 탐사선 가운데 하나인 보이저 1호의 속도(초속 17㎞)로 타우 세티까지 가려면 20만년 이상 걸리는 것을 감안하면, 가늠하기조차 어려운 속도다.



광자의 압력으로 초소형 탐사선을 추진시키는 ‘브레이크스루 스타샷’ 계획의 모식도. 누리집 갈무리


현재 이것과 가장 비슷한 인류의 성간여행 아이디어는 ‘태양 돛’(Solar sail) 또는 ‘광자 돛’(Light sail)이다. 빛을 구성하는 입자인 광자는 질량이 없지만 에너지와 운동량은 있으므로, 마찰·저항 없는 우주공간에서 빛으로 지속적인 압력을 가하면 추진력을 얻을 수 있다. 고 스티븐 호킹 박사가 참여한 ‘브레이크스루 스타샷’(Breakthrough Starhot)은 레이저로 몇 그램 무게의 초소형 탐사선을 밀어내어 지구에서 4광년 조금 넘는 거리에 있는 알파 센타우리로 보내는 계획이다. 광속의 5분의 1 속도를 내는 것이 목표인데, 이렇게 해도 알파 센타우리까진 20년이 걸린다.
기후변화 위기를 뒤집어보는 상상

아스트로파지는 어떤 메커니즘으로 대재난을 일으키는 걸까? 한마디로 말해 ‘기후변화’다. 지구에 도달하는 태양 에너지에 변동이 생기면 지구의 온도는 크게 오르거나 내리고 지구에 사는 대부분의 생물 종에 재앙을 초래할 수 있다. 현재 인간이 인위적으로 배출한 온실가스의 효과 때문에 지구 온도가 높아지는 것이 위기를 가져오고 있는데, 작가는 아스트로파지를 활용해 이 ‘기후 재난’을 거꾸로 뒤집는 기발한 발상을 보여준다. 작품 속에서 아스트로파지는 태양 주변에 서식하며 빛을 흡수하는데, 그로 인해 태양 에너지의 출력은 최대 10%까지 줄어들 수 있는 것으로 설정됐다. 이는 지구 온도를 10~15도 낮출 수 있는 기후변화다. 참고로 지구의 마지막 대빙하기인 2만 년 전 지구 평균 기온은 오늘날보다 6도 낮은 수준이었는데, 당시 북미와 유럽의 상당 부분이 거대한 빙하로 덮여 있었다.




게티이미지뱅크


이 정도 설명만으론 ‘앞으로 30년 사이 지구 온도가 10~15도 낮아진다’는 것이 얼만큼 큰 재앙인지 상상하기는 어려울 수 있다. 원작 소설에서 작가는 중학교 과학교사인 주인공이 학생들과 나누는 대화를 통해 이런 어려움을 직접적으로 표현하기도 했다.

(…) “너희들도 기후변화에 대해서 알지? 우리가 배출한 이산화탄소가 환경에 어떤 식으로 엄청난 문제들을 일으켰는지 말이야.”

“우리 아빠는 지구온난화가 사기래요.” 터모라가 말했다.

“음, 사기 아니야.” 내가 말했다. “아무튼. 우리가 지금 기후변화로 겪고 있는 모든 환경문제들 있지? 그런 문제가 벌어진 이유는 세계의 평균기온이 1.5도 올랐기 ?문에 벌어진 거란다. 그게 전부야. 딱1.5도. (…) 기후학자들 말처럼 아스트로파지가 바닷말처럼, 거의 비슷한 속도로 증식한다면 지구의 기온이 10도에서 15도 떨어질 거래. (…) “수많은 동물들이, 동물의 종 전체가 죽어서 없어질 거야. (…) 먹이사슬 전체가 무너져 내릴지도 몰라. 그러니까 낮은 기온에서 살아남을 수 있는 녀석들도 먹이가 모두 죽어 없어지기 때문에 굶어 죽게 될 거야.”

아이들은 기가 질려서 나를 빤히 바라보았다. 왜 이 녀석들의 부모는 이런 설명을 해주지 않은 걸까? 아마 자신들도 이해하지 못하기 때문이겠지. (…)


다만 영화에서는 기후 재난의 이 같은 속성이 원작 소설만큼 강조되진 않는다. 대표적으로, 원작 소설 속에선 기후 재난이 얼마나 전지구적인 것인지, 또 그것을 해결하기 위해 어떤 절박한 수단까지 동원해야 하는지 보여주는 장치로 ‘남극에 핵폭탄 투하’라는 설정이 나온다. 남극 빙하에는 고대 때부터 얼음이 얼어붙을 때 들어간 메탄과 수증기가 잔뜩 갇혀 있다. 그러나 인간이 배출한 온실가스의 영향으로 지구 기온이 상승하고 이에 따라 빙하가 녹아내리며, 점차 이것들이 대기 중으로 빠져나와 지구를 데우는 온실효과를 더욱 강화하고 있어 문제가 되고 있다. 그런데 아스트로파지가 태양 빛을 갉아먹는 소설 속 설정에서는 지구 온도가 급격히 낮아져서 문제이므로, 어떻게든 이를 조금이라도 높여야 한다. 이 때문에 인류는 인위적으로 온실효과를 일으키기 위해 남극에 핵폭탄을 투하하는 ‘초강수’까지 둔다.




영화 ‘프로젝트 헤일메리’. 소니픽처스 제공


다만 영화에는 이 장면이나 관련 설정이 등장하지 않는다. 원작자와 극작가는 한 인터뷰에서 “제한된 영화 시간 때문에 남극에 핵폭탄을 투하하는 장면을 포기해야 했다”며 이에 대해 강한 아쉬움을 드러내기도 했다. 만약 남극에 핵폭탄을 투하하는 장면이 영화에 실렸다면 “우리가 처한 절박함을 잘 보여주고, 영화의 더 큰 주제들을 잘 드러내는 장면이 되었을 것”이란 얘기다. 영화에서는 내내 “기후변화”란 말이 전혀 등장하지 않기도 한다.
그레이스·로키·아스트로파지가 친척인 이유

작품 속에는 세 종류의 외계 생명체가 나오는데, 이들은 모두 우리은하 속 존재들이다. 우주 미생물인 아스트로파지의 고향은 지구로부터 12광년가량 떨어진 타우 세티 태양계로 추정되고, 그곳에는 아스트로파지의 천적인 또다른 우주 미생물 ‘타우메바’도 있다. 지구를 구할 방법을 찾으러 타우 세티를 찾아간 주인공은 그곳에서 같은 처지에 놓인 외계인 ‘로키’를 만나는데, 로키는 지구로부터 16광년가량 떨어진 40 에리다니 태양계에서 왔다. 이 별들은 모두 실재하는 별들이며, 우주적인 관점에서 볼 때 서로 그렇게 멀리 떨어져 있지 않다.




지구에서 96광년 떨어진 51 에리다니 태양계에서 발견된 외계 행성 ‘51 에리다니 b’. 2014년 칠레에 설치된 제미니 천체망원경으로 포착했다. 나사(NASA) 제공


작가는 이것이 의도적인 선택이었다고 한다. 앤디 위어는 과학잡지 ‘사이언티픽 아메리칸’에 “우리 은하계의 모든 생명체가 오래 전 타우 세티에서 방출된 고대 아스트로파지의 조상으로부터 유래한 먼 친척 관계라는 설정”을 썼다며, “비슷한 별은 비슷한 원소를 행성에 공급하기 때문”이라고 설명했다. 작품 속에서 아스트로파지는 미토콘드리아라는 세포 소기관을 지닌 것으로 확인돼 지구 생명체와 공통 조상을 공유한다고 여겨진다. 작품 속에서 주인공은 아스트로파지와 지구 생명체의 관계에 대해 이렇게 말한다. “미토콘드리아처럼 복잡한 게 동일한 방식으로 두 번이나 진화할 수 있다고 생각하는 겁니까? 이건 명백히 ‘판스페르미아’설을 뒷받침하는 사건입니다.”
판스페르미아(Panspermia)는 생명체가 한 태양계에서 다른 태양계로 퍼져나갈 수 있다는 주장이다. 고대 그리스 철학자 아낙사고라스가 생명을 이루는 씨앗(spermata)이 우주 전체에 퍼져 있다고 주장한 데에서 비롯해, 점차 지구 생명의 기원이 외계에서 왔다고 보는 가설로 나아갔다. 이를 위해선 생명체가 성간여행을 할 수 있어야 하는데, 작품 속에서는 아스트로파지의 말도 안되는 질량-에너지 변환 능력이 이를 가능하게 했을 것으로 추정된다. 실제로 인류는 여태까지 적어도 세 번의 외계 방문자가 우리 태양계에 진입하여 통과하는 것을 목격한 바 있다. 2017년 발견한 암석 소행성 ‘오우무아무아‘(1I/Oumuamua), 2019년 발견한 성간 혜성 ‘2I/보리소프’(2I/Borisov), 그리고 지난해 발견한 성간 혜성 ‘아틀라스’(3I/ATLAS)다.



오시리스-렉스 탐사선이 채취해 지구로 가져온 소행성 베누의 암석과 흙. 나사(NASA) 제공


과학자들은 최근 소행성 ‘베누’에서 채취한 샘플에서 생명체의 기본 단위인 뉴클레오타이드의 3가지 구성인 염기와 인산염, 당 분자를 발견한 바 있다. 이는 생명의 기본 요소들이 지구 밖에도 있단 얘기로, 소행성 등을 통해 지구에 전달됐을 가능성도 제기한다. 다만 미국 카네기과학연구소의 우주생물학자 마이크 웡은 “지구에는 박테리아나 고세균처럼 미토콘드리아가 없는 생명체가 많이 있다. 만약 더 넓은 우주 공간에 생명의 기원이 있다면, 지구가 그 기원일 가능성이 높다”고 사이언티픽 아메리카에 말했다. 미토콘드리아의 진화는 지구에서 이뤄졌다는 것이다.

*참고 문헌

브리태니커, The Science Behind Project Hail Mary

더 컨버세이션, Project Hail Mary is packed with hard science. An astrophysicist breaks it down

사이언티픽 아메리카, How accurate is the science in Project Hail Mary?

노스이스턴 글로벌 뉴스, What ‘Project Hail Mary’ gets right ? and wrong ? about astrophysics, according to an astrophysicist

어스트로노미, Andy Weir on the science of ‘Project Hail Mary’

폴리곤, Project Hail Mary author, screenwriter share the biggest thing they hated cutting for the movie


최원형 기자 circle@hani.co.kr