외계행성과 생명 Extraterrestrial Planets and Life

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1 외계행성과 생명 Extraterrestrial Planets and Life 026.017
2008 년 1학기 교수 : 이 상 각 25-1동, 413호 : 조교 : 신영우 25-1동, 409호 :

2 외계행성과 생명 강의 15(05/27) 지적 생명체로 진화

3 따라서 지적이란? 지식의 발전. 두뇌. 영장류의 출현 . 인간 수준의 지적.

4 N = R*  fp  ne  fl  fi  fc  L
Drake Equation Frank Drake N = R*  fp  ne  fl  fi  fc  L # of advanced civilizations we can contact # of Earthlike planets per system Rate of formation of Sun-like stars Fraction of stars with planets Fraction that commun- icate Fraction on which life arises Fraction that evolve intelligence Lifetime of advanced civilizations 10 Stars/year 0.34 Planetary System/star 0.208 Livable Planets /Planetary System 0.235 Evolved Life /Livable Planet

5 지적 진화? 다양성을 통한 지구상 생물은 복잡성의 증가로 진화 복잡성이 지적으로 ?
지적은 진화을 의미 , 시간의 흐름으로 지적 수준 향상. 그렇다면 무엇을 지적이라 정의? 일반적 정의는 “the ability to model the world, including the organism’s own self”

6 단세포 생물 아메바의 구별능력 위험과 음식을 구별 두개의 음식이 있을 경우는 어떤가?

7 집신벌레(Paramecium) 의 지능? 단세포지만 좀 더 복잡한 집신벌레 초보적인 기억력을 갖다.

8 지적 발전 계속 시도 . 아메바보다 영리하나 천재는 아님 복잡한 생명일 수록 지적? 지적으로 계속 발전?

9 인간 수준의 지적 발생의 근원 연속적인 지적화?. 지적을 생명체에 저장된 정보량으로 정량화. DNA 에 저장된 유전 정보.
정보의 비트 Yes = 1 No = 0 각 DNA 염기는 2비트의 정보 각 codon 은 3 염기로 6 bits (3 x 2) 인간 (3 x 109) 염기들x 각 염기마다 2 bits = 6 x 109 bits, ( 500 페이지 책 4000권)

10 Development of Intelligence

11 문제 많은 junk DNA 때문에 DNA 수로 지적을 측량할 수 없다.
실제로 인간 DNA의 약 2% 만이 codes proteins으로 인간은 1.2 x 108 bits 또는 책 800 권 어떤 생명에서는 junk DNA 도 중요하여 Newts(뉴트) 와 lilies(릴리) 는 1011 bits 이상. 지적이지 않은 생명체가 사라지는 것이 아니므로 생명체 전체가 점점 지적화 되는 것은 아니다. 시간이 감에 따라 발생되는 생명의 다양성에서 어떤 종은 더 지적으로 발전된다. .

12 유전자에 저장할 수 있는 정보의 한계 유전자가 저장하는 정보의 한계 너무 많은 정보의 저장은, 변종을 유발
진핵생물의 경우, 대략 10-9의 오류 발생 정보 저장 한계 1010 bits. 진화로 더 복잡하고 더 지적으로 또 새로운 방법 (extra-genetic)으로 정보 저장  신경계와 뇌 로 진화  고생대 석탄기의 파충류 뇌는 유전자 보다 더 많은 정보 저장! – 미리 정해진 유전정보와 달리 살아가는 동안 정보내용을 변경(즉 배움)

13 뇌에 정보 저장? 인간의 뇌에는 뉴론이라는 신경세포가 1011 개 있다.
인간의 뇌에는 뉴론이라는 신경세포가 개 있다. 뉴론은 세포 와 함께 신경세포의 축색 돌기(axon) 와 수지상 돌기(dendrites) 가 있다. 수지상 돌기가 뉴론을 억제 자극하여 전기적 충격이 축색돌기에 끝에 자극전달부(synapses) 에 도달하여 뉴로트랜스터라는 분자를 방출하여 정보가 전달된다. 뉴론마다 103 자극 전달부와의 연관에서 결정되므로 1011 x 103 = 1014 bits의 정보가 된다.

14 Development of Intelligence

15 지적 복잡성과 지적과의 관계 다양성이 주요 요소. 여러 종류의 다양한 기관을 갖은 생명제가 지적으로 발전하는 듯
여러 종류의 다양한 기관을 갖은 생명제가 지적으로 발전하는 듯

16 인간 수준의 지적 지구상에 인간만이 기술적으로 지적인 생명체로 진화 다른 행성에서는 어떨까?
실제 고고학자들 사이에서도 인간의 출현은 아직 정립되지 않았다. 새로운 화석들의 발견으로 계속 변천. . 포유류(Mammals)가 화석에 나타난 것은 2억년 전이지만, 6천 5백만년 전까지는 지상에서 중요한 존재가 아니었다. .

17 Extinction of the dinosaurs and others
65 million years ago Mass Extinction Extinction of the dinosaurs and others Earth View

18 영장류(Primates) 주요 특성: 하나(인간)를 제외하고, 영장류들은 성공적이지 않다. 손톱이 평평하다(flat)
얼굴 전면에 눈이 있다. 뾰족한 이빨이나 발톱이 없다. 일부는 뇌/몸 의 비가 크지만 대부분은 아니다. 주로 숲에 사는 생활에 적응되 있다. 하나(인간)를 제외하고, 영장류들은 성공적이지 않다.

19 Family Tree? 일반적으로 숲속 생활에 적응 발톱에서 큰 발톱이나 손가락(엄지)으로 집기시작 연장 사용 가능
야행성에서 주간 활동으로 . 시력의 발전– 둥근 얼굴에 앞면 시야와 색의 감각 이러한 변화는 무작위적. Characterized by: bipedal locomotion, an upright position, and a large brain that lead to: tool use, language, and culture. "Hominid" refers to all species from the point where the human line splits from apes towards present day humans.

20 Lucy Java Man or Peking Man Neanderthal Man
Was an early strain of H. Sapiens that had larger brain volume and probably language. Went extinct yrs ago. May or may not be related to us. Lucy

21 The Last 5 Myrs Lucy Neanderthal Man
Was an early strain of H. Sapiens that had larger brain volume and probably language. Went extinct yrs ago. May or may not be related to us. Java Man or Peking Man Handy Man Lucy

22 선조 H. sapiens 의 진화는 스므스하고 일정한 속도의 진화는 아니다.
어떤 때에는 4-6 종류의 hominid species 살았다. 현대 인간은 다양한 종이 다른 환경학적 생태에 적응하면서 발생된 것. 단지 한 과정을 통해 큰 뇌를 갖게 된 것으로 보이지만 어떤 환경적 요소가 작용되었는지 모른다.

23 Drack 식의 fi 복잡성으로 지적화 하지만, 복잡성은 환경적으로 좋은 여건이 요구된다. 환경이 열악할 수록 단순한 기관
따라서 생명이 열악한 환경(행성)에서 존재할 수 있으나 지적인 생명은? 인류의 지적화에는 45억년 걸림 은하 중심에 가까운 경우 초신성 폭발의 영향 45억년은 은하 나이에 반 정도. 우리의 진화가 느린 것인가 빠른 것인가? 빠를 경우: 외계 지적 생명체 존재는 극히 제한적 느린 것이라면 많은 외계 지적 생명체 가능.

24 fi 추정 지상에서 지적 생명체의 출연은 아주 최근의 사건으로 the primates, hominids, and H. sapiens. 누구나 이런 진화가 다른 행성에서도 똑같이 발생하리라 믿지 않는다. 그러나 H. sapiens의 특성은 human-like intelligence에게는 같을 것이다. 손으로 다양한 일 수행 직립 보행 기구 사용과 뇌가 큰 것이 직립 보행과 관련? 쌍으로 연결 ? 인간의 뇌는 탄생 후 크기가 4배가되나 다른 영장류는 2배

25 fi 추론 우리는 정말 유일한가? 침판지와 고릴라에게 sign language를 가르쳐 본 결과 우리가 생각했던 것 보다 훨씬 지적이었다. 고래와 돌고래는 상당히 지적인 동물이다. 이런 근거를 갖고 Drake 식의 fi 을 추정.

26 fi 대략 40억년 안에 인간이나 인간보다 더 지적인 생명이 될 비율은 얼마일까
그것이 통계적으로 요행이고 초자연적인 창조가 필요하다면, 그 율은 1/billion or 10-7%. 그 중간 값이면 타당.

27 배경 현대 H. sapiens 의 근원에 대한 것은 논쟁이 있으나 유전적 언어학적으로는 인간이 아프리카에서 유라시아 와 아메리카로 진출. 우리는 공동의 유전(gene) pool을 갖고 있으나 지역 환경에 의해 구룹마다 유전적 차이가 생겼다. 이 차이는 매우 작다. 아프리카에서 유전적 언어학적 큰 차이가 보이는 점이 “out of Africa” idea를 지지하는 것이다.

28 문화적 진화 인간이 지구상에 여러 곳으로 퍼진 이후는 생물학적 진화에서 문화적 진화로 발전.
해부학적으로 현대 H. sapiens는 10만년 전에 진화했으나 4만년 전에야 문화인의 모습으로 나타난다. – 동굴에 그림 어찌하든 지난 4만년 동안에는 생물학적 진화는 크지 않았다. 즉 뇌의 크기 증가 등의 변화가 없었다. 그 이후는 문화적 변화로 – 사냥에서 휴대폰 사용까지 문화적 진화는 매우 빠르다. . 외계 지적 생명체에서도 빠른 문화적 진화? 능력 (적절한 기술) 과 흥미(전체적).

29 사냥 만년 전까지 , H. Sapiens 는 사냥으로 생활 작은 유목민 구룹 식량을 찾아 다니지만, 상당히 여유로운 삶
스트레스 없고 하루 일하는 시간도 적고 자유로운 생활 .

30 농경시대 부족사회 – 수백명이 작은 마을 형성 농사를 지으며 더 큰 사회와 조직으로 발전 , l.
만년전부터 , 사해 근처에서 . 사냥과 야생 밀과 보리를 경작하는 혼합된 생활Mi. 농산물의 저장, 심기, 씨앗 선정 변종 발생과 사냥 감소 1000 년 후 동물 사육, 장기 정착으로 문화적 진화, 정보, 기기 사용, 에너지 저장

31 The Importance of Agriculture

32 언어와 정보 뇌의 크기는 태어날 때 그 크기가 제한되고 다라서 정보도 제한된다. 체외 정보 저장 기술이 필요
다른 사람에게서 정보를 얻는 방법 언어의 기원은 잘 알려져 있지 않다. 아마 사냥을 위한 기도? 혀의 조절은 두개골의 hypoglossal canal (hole)을 통해 되며 인간은 침판지 보다 두배가 크다. 처음으로 대략 400,000 년전 Australopithecines에서 발생

33 쓰기 소리 언어의 제한 . 쓰기 언어의 발전은 강력한 정보의 새로운 저장 방법
최초의 발생은 지금 Iraq (8500 BCE)의 Sumer 에서 . 아마 경재적인 이유 – 물물 교환이나 영수증 3000 BC에는 아주 흔함 지배자 급과 세금의 기록 – 문명의 발생 상징 문자에서 음절문자로 발전(1500 BC).

34 정보의 체외 저장의 발전 이 모든 것이 우리의 지적 수준의 발전인가 ?
인쇄 (1456) – 책의 숫자가 50년 내에 104 에서 107 으로 Telegraph (1844) Radio (1895) Television (1936) Computers (1950s) Internet (1970s) Huge extrasomatic storage: Well above brain storage 이 모든 것이 우리의 지적 수준의 발전인가 ?

35 석기 시대에서 금속시대로 석기(silicates)는 2백만년 전 H. habilis가 시작 후기 석기 시대에 농경으로 발전
후기 석기 시대에 농경으로 발전 첫 항아리( pottery :still silicates) :7000 BC. 첫 금속(metal :copper) : 6500 BC, 주로 장신구(ornamentation). 바퀴 (wheel) 발명: 6500 BC. 구리 기기 : 4000 BCE. 동물이 끄는 기구와 배 : 3300 BC. 청동(Bronze: copper and tin) 기구: BC (the Bronze age). 첫 철(iron)의 등장 ; 1500 BC

36 다시 암석으로 가장 큰 발전은 에너지 개발 산업 혁명 . 전기에 기반을 둔 현대 기술, 외계 지적 생명체 교신에 중요요소
전기에 기반을 둔 현대 기술, 외계 지적 생명체 교신에 중요요소 Transistor in 1948. Microchip in 1959. 다시 silicon으로 돌아 감 지금은 “silicon age”. 전자기와 양자역학의 결과

37 문명의 진화 문명의 진화란? 이것도 자연 선택? 기술이 문명의 진화에서 나왔기 때문에 문화사이에 경쟁을 통해 어느 행성에서도 발전될 수 있는 결과 그렇다면 문명의 진화는 평형 모형에서는 끝 또는 긴 암흑 시대에서 산발적으로 발생 과정 종과 같이 문명은 사라질 운명이지만 그들의 기술은 다른 문명에 의해 채택 또는 합류.

38 진화 ? 다른 행성에도 기술을 갖는 문명이 있을까? 몇가지 지구를 기반으로
농경은 지구 여러 곳에서 독자적으로 발전 Mexico, China, Andes (potatoes), eastern US (sunflowers). 쓰기 언어가 독자적으로 개발 China, the Americas, maybe India and Egypt. 그러나 바퀴는 Sumer외에 다른 곳에서는 발명안되었다. . 현대 세계는 하나의 세상.

39 기술의 발전 기술이 발전되어 교신의 능력으로 발전되는 것이 확실한가? 행성에 따라 달라지나? – 물/사막이 많다면?
금속이 적은 행성에서는 어떻게 발전할까? 문명간에 경쟁이 필수적인가? 지적 생명의 심리적인 영향은?

40 다음 기술 뿐만 아니라 외계 지적 생명체와의 교신을 원하는가. 다른 생명체의 존재를 믿어야 한다.
우주에 대해서 정확히 알아야 한다. 우주는 우리 뿐만 아니라 그들의 우주이기도 하다는 것 다른 형태의 생명도 존재하리라는 것

41 우주에 대한 우리의 발전 지구가 우주의 중심 Babylonians 인들의 우주에 대한 첫 기록
우주에 대한 우리의 발전 지구가 우주의 중심 Babylonians 인들의 우주에 대한 첫 기록 우주는 거대한 굴, 우리가 그 안에 있다. 이들은 천문학적으로 매우 발전 농경에 천체의 현상 이용, 정확한 달력 3800 BC. Mayans 인들은 1년을 수 초까지 정확히 계산 (0.001%). 초기 인간은 정확한 달력과 미개한 우주의 개념과 신화적인 마술을 믿는 구룹

42 그리스 천문학 그리스 사람들은 훌륭한 천문학자 지구 주위를 돌고 있는 별, 태양, 행성들의 관측.
별의 위치와 밝기를 목록화 체계적이고 정량적인 관측 자연 철학자들 지구 주위를 돌고 있는 별, 태양, 행성들의 관측. 지구가 우주의 중심 - geocentric cosmology (주로Plato 와 Aristotle). Aristarchus 가 heliocentric cosmology.주장 완벽한 구의 운동?

43 Mars Moves WRT the Stars!
EAST WEST

44 행성의 운동 행성들은 서쪽에서 동쪽으로 장기간 황도면을 따라 움직이고 있다. . 그러나 때로는 반대 방향으로 되돌아 간다.
이를 순행( prograde ) 그러나 때로는 반대 방향으로 되돌아 간다. - 이를 역행( retrograde : 동에서 서로) 행성들은 북극에서 볼 때 반 시계 방향으로 돈다.

45 행성의 운동 설명? 지구 중심의 우주(geocentric cosmology ) , 역행의 설명이 문제 행성의 궤도 :완벽한 원

46 Ptolemy (140 AD: ) 지구 중심( geocentric) 모형으로 역행을 설명하기 위해 주전원 도입

47 Ptolemaic system 지구 중심 완벽한 원운동

48 Ptolemaic system 역행 설명

49 프토레미 계 관측을 설명하기 위해 매우 복잡한 구조

50 Ptolemaic system 지구 중심 태양계

51 프토레미의 지구 중심 우주 과학적 이론인가 녜 ! …정확하다. 관측: Sun/moon/star 운동 모형 l: 원퀘도
프토레미의 지구 중심 우주 과학적 이론인가 녜 ! …정확하다. 관측: Sun/moon/star 운동 모형 l: 원퀘도 예측: 밤하늘에 일정한 운동 새로운 관측 : 역행 운동 수정 모형: 주전원—관측 설명! 결과 : 프토레미 계(이론) 강점 : 관측과 잘 부합 약점 : 새로운 관측 예측이 어렵다

52 프토레미 우주관의 문제 각 행성이 독립적으로 행성들의 운동을 설명하는 규칙이 없다.
약 1000 년 동안 서구에서 받아들인 모형 그러나 중세 후반에 천문학자들은 이 모형이 너무 복잡하다고 생각 – 단순한 원리를 갖는 계를 생각

53 Copernicus (1540) : 태양 중심 모형

54 Giordano Bruno 별들이 작은 태양들 그들의 행성을 갖는다고 생각 . 그러한 행성에 생명의 존재
지구의 생명체보다 더 발전된 생명 이로 그는 1600 경 교회로부터 이단으로 몰려 화형을 당함 .

55 Copernican Theory 역행을 설명 훨씬 단순 원운동 유지 결국 우리의 생각의 변화 초래 !

56 Copernicus (1540) Heliocentric Model

57 Tycho Brahe (1580): Uraniborg
1 각분까지의 정확한 관측 (1/15 the diameter of the moon). No telescopes!

58 Johannes Kepler (1600) Tycho’s 의 조수 ( Prague) 티코의 죽음 이후 정확한 자료에 접근
화성의 정확한 자료를 태양 중심 우주로론에 적용 ? 원으로 불가능. 타원의 도입!

59 Kepler’s 1st Law: 행성은 태양을 한 초점으로 타원 궤도를 돈다.

60 행성의 궤도는 태양을 초점으로 한 타원 궤도 완벽한 원이 아니라 이심을 갖는 타원궤도

61 Kepler’s 2nd law: 면적 속도 일정 법칙: 태양과 행성을 잇는 선은 일정시간 동안 일정 면적을 만든다.
perihelion aphelion 따라서 근일점에서 행성은 빨리돈다.

62 Kepler’s 3rd Law: 행성의 궤도 주기의 제곱은 궤도 장반경 세제곱에 비례한다.
Planet P (yr) a (AU) P2 a3 Mercury 0.24 0.39 0.06 Venus 0.61 0.72 0.37 Earth 1.00 Mars 1.88 1.52 3.5 Jupiter 11.86 5.20 141 Saturn 29.46 9.54 868 P2 = a3 P x P = a x a x a 주기는 년 단위 a 는 AU(지구-태양 거리) 단위 .

63 Galileo (1610) 망원경을 사용하여 관측 달의 표면이 산과 계곡 (not smooth) 은하수는 별들 토성이 지그러짐
금성의 위상 목성의 달들 (갈릴레안 위성;이오 유로파 카리스토 개니메드)

64 The Phases of Venus 금성의 위상 현상은 지구 중심 모형에서는 설명 불가능

65 Galileo (1610) 프토레미 우주관 부정 로마 교황청에서 파직 (1992 에 회복)
로마 교황청에서 파직 (1992 에 회복) 이제 태양계는 태양을 중심으로 행성들이 돌고 있다는 것이 확실해 졌다 그렇다면 왜?

66 Isaac Newton 이유는 중력 GRAVITY. 자연에 기본 법칙 Kepler’s 3rd 법칙은 우주 구조를 설명
우리는 우주의 중심이 아니다. 1920 우리는 우리 은하의 중심이 아니다. 또한 많은 은하들 발견 – 현대우주