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[핫 이슈] 혹등고래, 인간과 유사한 방식으로 울음소리 학습
- 혹등고래가 인간이 언어를 배우는 것과 유사한 방식으로 노래(울음소리)를 배우는 것으로 밝혀졌다. 인류 언어는 다양한 형태를 띠지만, 보편적인 패턴을 따른다. 이러한 패턴은 문법과 통사보다 더 깊은 곳에 자리 잡고 있으며, 특정 단어의 사용 빈도와 단어 길이를 예측하는 통계 법칙에 뿌리를 두고 있다. 언어를 배우고 사용하기 쉽게 만드는 일종의 안전 장치로 볼 수 있다. 이스라엘의 예루살렘 히브리대학교와 스코틀랜드 세인트 앤드루스 대학교의 공동 연구팀은 고래의 울음소리에서도 이와 유사한 패턴을 발견했다. 이번 주 발표된 두 편의 새로운 연구는 인간과 고래가 먼 진화적 거리를 두고 있음에도 불구하고 소리를 통한 의사소통 문제에 대해 유사한 해결책을 찾아냈음을 보여준다. 해당 논문에 대해서는 사이언티픽 아메리칸, 뉴욕타임스, 더 타임스 등에서 심도 깊게 다루었다. 히브리대학교 심리학 교수이자 연구 논문의 공동 저자인 인발 아르논은 "이는 인간 언어를 다른 의사소통 체계와 완전히 다른 현상으로 생각할 것이 아니라, 공통점을 중심으로 사고해야 한다는 관점을 강화한다"고 말했다. 아르논 교수 팀은 남태평양 뉴칼레도니아에서 8년간 녹음된 혹등고래 노래를 분석한 결과, 인간 언어의 특징인 '지프(Zipf)의 빈도 법칙'을 따르는 것을 발견했다. 지프의 법칙은 단어 사용 빈도에 관한 수학적 법칙으로, 미국 언어학자인 조지 킹즐리 지프(George Kingsley Zipf, 1902~1950)이 제시한 것이다. 즉 가장 많이 사용하는 단어는 두 번째로 많이 쓰는 단어보다 두 배, 세 번째로 많이 쓰는 단어보다 세 배 더 많이 나타나는 식으로 빈도가 감소하는 현상이 지프의 법칙이다. 연구팀은 녹음 분석에 앞서 울음, 비명, 신음 등 다소 기이한 소리들의 연속에서 단어(의미는 없지만)와 유사한 부분을 식별해야 했다. 이는 마치 갓난아기가 겪는 어려움과 유사했다. 아르논 교수는 "인간 아기는 지속적인 음향 신호를 받으면 단어가 어디에 있는지 파악해야 한다"고 설명했다. 아기의 전략은 간단하다. 어른의 말에서 예상치 못한 소리 조합을 듣는 것이다. 그러한 조합을 발견할 때마다 단어 사이의 경계를 찾았을 가능성이 큰다. 이는 흔하지 않은 전환이 단어 내에서 발생할 가능성이 작기 때문이다. 놀랍게도 혹등고래는 아기가 말을 배우는 것과 동일한 방식을 사용하는 것으로 보인다. 연구진이 인간 아기와 마찬가지로 '전이 확률'을 기준으로 고래 노래를 분절했을 때, 지프의 빈도 법칙에 정확히 들어맞았다. 반면, 1,000개의 임의로 뒤섞인 데이터 요소는 일치하는 부분이 전혀 없어, 전이 확률 결과가 우연의 산물이 아님을 강력히 시사했다. 해당 연구 결과는 과학 저널 '사이언스'에 6일(현지시간) 게재됐다. 논문 공동 저자인 스코틀랜드 세인트 앤드루스 대학교의 고래 노래 전문가 엘렌 갈랜드는 "우리 모두 어안이 벙벙했다. 이러한 동일한 구조를 발견할 가능성이 있었지만, 실제로 발견할 것이라고는 생각하지 못했다"고 말했다. "고래, 인간 의사 소통의 핵심 요소 공유" 약 1억 년 전 살았던 땃쥐와 비슷한 공통 조상을 가진 고래와 인간에게서 동일한 의사소통 행동이 독립적으로 진화한 이유는 무엇일까? 지프의 빈도 법칙에 따른 단어 분포는 아기가 언어를 파악하는 데 도움이 되는 것으로 보인다. 에든버러 대학교의 인지 과학자 사이먼 커비는 "입력된 내용이 그러한 방식으로 구성되어 있으면 더 잘 배울 수 있다"고 말한다. 다시 말해, 언어의 구조는 주로 세대 간에 전달되는 방식의 결과이다. 연구진은 지프의 빈도 법칙이 인간뿐만 아니라 순차적인 음성 신호가 문화적으로 학습되는(개인 간에 전송되는) 다른 모든 곳에서도 나타날 수 있다고 추론했다. 커비는 그러한 집단에 "노래하는 새, 박쥐, 인간 외 영장류, 코끼리, 물범, 돌고래, 고래를 포함하는 이상하고 다소 잡다한 종들"이 포함된다고 말한다. 개에서 개구리, 물고기에 이르기까지 다른 모든 동물들은 유전적으로 프로그램된 신호를 통해 의사소통하는 것으로 여겨진다는 것이다. 고래 울음소리의 두 가지 추가적 특징 발견 지난 5일 '사이언스 어드밴시스'에 발표된 별도의 논문에서 미국 뉴욕에 있는 스토니브룩 대학교의 박사후 연구원 메이슨 영블러드는 고래 울음소리에서 두 가지 추가적인 특징의 증거를 발견했다. 하나는 '간결성 법칙'으로, 인간 언어에 적용될 때 더 흔한 단어일수록 더 짧아지는 경향이 있고, 그 반대도 마찬가지라는 것을 나타낸다. 다른 하나는 '멘제라스 법칙'으로, 문장과 같은 언어 구성물이 길수록 구성 요소(예: 문장의 절)는 더 짧아진다는 것을 의미한다. 두 패턴 모두 혹등고래 노래에서 특히 강하게 나타났으며, 다른 다양한 종에서도 나타났다. 이러한 법칙들은 모두 효율성에 관한 것이다. 영블러드는 동물들이 "최소한의 시간과 에너지로 최대한 많은 정보를 전달하는 방법"을 설명한다고 말했다. 연구팀, 지나친 해석 경계 인간 언어와의 비교가 유혹적일 수 있지만, 연구진은 이러한 유사점을 지나치게 해석하는 것을 경계한다. 갈랜드는 "고래 노래는 언어가 아니다"라고 단호하게 선을 그으며, 대부분의 전문가들이 고래의 '단어'가 의미를 전달하지 않는다는 데 동의한다고 언급했다. (음악도 마찬가지다. 하지만 지프의 빈도 법칙은 거기에도 나타난다.) 혹등고래의 노래와 인간 언어의 유사점에 관해서는 놀라울 정도이다. 두 연구에 모두 참여하지 않은 세인트 앤드루스 대학교의 생물학자 루크 렌델은 이러한 발견이 "진화가 특정 유형의 학습에 수렴하거나 제약될 수 있다는 것에 대해 다소 심오한 것을 우리에게 말해주는 것일 수 있다"고 했다. 즉, 모든 종에서 복잡한 의사소통의 가능성 범위를 알려줄 수 있다는 것이다. 마찬가지로 커비는 지프의 빈도 법칙(그리고 아마도 다른 언어 법칙들)이 "문화적으로 진화한 시스템의 일종의 지문"일 수 있으며, 동물이 문화적 학습의 문턱을 넘은 곳이라면 어디든지 존재할 수 있다고 제안했다. 그는 "인지 시스템 조직의 매우 기본적인 특징일 가능성이 크다"고 덧붙였다.
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- 포커스온
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[핫 이슈] 혹등고래, 인간과 유사한 방식으로 울음소리 학습
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[우주의 속삭임(42)] 금성 대륙, 초기 지구와 유사점 암시
- 현재의 금성과 지구는 완전히 다른 환경이다. 지구는 풍부한 자원과 부드럽고 안전한 대기, 출렁이는 바다, 온화한 기온, 식물로 뒤덮인 육지가 있다. 반면 금성은 독가스 구름에 산성비가 내리고, 기압이 강하며, 단테의 지옥이라고 하는 것이 어울릴 만큼 섭씨 수백 도에 달하는 고온으로 타오른다. 이러한 차이는 행성의 표피뿐 아니라 내부까지 이어진다. 금성은 지구의 지각 구조와 다르다. 금성에는 지구처럼 서로 마찰하고 안정적인 기후를 유지하는 데 도움이 되는 지각판 영역이 없다. 금성에 지각판이 없다는 것은 지구와 많은 차이를 나타내는 강력한 요인으로 생각되지만, 금성의 과거가 지질학적인 면에서 어떻게 전개되었는지는 실제로 잘 알려지지 않았다. 대표적으로, 테세라(tesserae)로 알려진 금성 표면의 가장 오래된 광대한 고원은 지각적 특징이 있는 것처럼 보이지만, 그것이 어떻게 생겨났는지는 수수께끼로 남아 있다. 그런데 호주 모나시대학교 연구팀의 새로운 분석에 따르면, 금성의 테세라는 수십억 년 전 지구에 최초의 대륙이 만들어진 것과 매우 유사한 과정을 통해 형성되었을 수 있다고 사이언스얼라트가 전했다. 이 연구는 네이처 지오사이언스에 실렸다. 모나시대학교의 파비오 카피타니오 교수는 "이 연구는 금성이 어떻게 진화하는지에 대한 이해를 높이기 위해 진행됐다. 결과는 의외였다. 우리는 섭씨 460도의 뜨거운 표면 온도와 함께 지각판 구조가 없는 금성이 그렇게 복잡한 지질학적 특징을 가지고 있을 것이라고는 예상하지 못했다"고 밝혔다. 지구와 유사한 면이 발견됐다는 것이다. 지구의 지각판은 다른 행성에 비해 매우 복잡하다. 지각판은 여러 조각으로 나뉘어 있고, 조각들은 느슨한 상태에서 서로 마찰하고, 섭입(한쪽 판이 다른 판의 아래로 밀려 들어가는 현상) 과정에서 서로 아래로 미끄러지고 재배열될 수 있다. 지진도 그 과정에서 일어나며 대륙의 재구성도 이로 인해 이루어진다. 지구 대륙 지각의 가장 오래된 부분은 크레이튼(분화구)으로 알려진 지역이다. 대륙 지각판은 일반적으로 해양판보다 약하지만, 암석이 더 오래되고 밀도가 높으며 강한 지역이 있다. 알려진 크레이튼은 약 35개이며, 지질학자들은 이것이 먼저 형성되어 지구의 용융된 내부를 통해 위로 밀려 올라와 굳어지면서 대륙이 형성되었을 것으로 추정한다. 금성에 대한 우리의 지식은 제한적이다. 금성은 인간의 탐사를 허용하지 않지만, 1989~1994년 사이의 15년 동안 나사(NASA)의 마젤란 우주선은 레이더로 황산 구름 아래 금성의 표면을 자세히 지도화했다. 카피타니오 연구팀은 이 데이터를 활용, 금성에서 이슈타르 테라(Ishtar Terra)로 알려진 테세라 지역을 중점적으로 조사했다. 컴퓨터 시뮬레이션을 이용, 수십억 년 전 태양계가 아직 형성의 초기 단계에 있을 때 테세라 지역이 어떻게 형성되었는가를 탐구했다. 분석 결과 테세라는 크레이튼과 같은 방식으로 형성됐을 가능성이 있는 것으로 나타났다. 즉, 금성의 용융된 내부에서 위로 솟아올라 표면으로 분출돼 금성 지각으로 굳어졌을 수 있다는 것이다. 카피타니오는 "이 발견은 금성과 초기 지구와의 연관 가능성에 대한 새로운 관점을 제공한다"라며 "금성에서 발견된 특징은 지구의 초기 대륙 형성과 놀라울 정도로 유사하며, 이는 금성의 과거 역학이 이전에 생각했던 것보다 지구의 역학과 더 유사했을 수 있음을 시사한다"고 말했다. 이는 금성의 진화를 이해할 수 있는 실마리를 제공한다. 지구와 금성이 별도의 지각 활동에 따라 갈라졌다 해도, 크레이튼 형성 과정 이후 판구조론이 형성되기 전에 일어났다는 것을 보여준다. 이 시기가 중요한 이유는, 언제 그리고 어떻게 서로 다른 행성 특성이 나타나는지가 지구와 같은 암석 행성에서 생명체 거주 가능성이 어떻게 발전했는지에 대한 큰 단서가 될 수 있기 때문이다. 금성과 지구가 언제 어디에서 일치했는지를 찾는 등 두 행성의 유사한 특징을 연구함으로써 지구의 초기 역사에 대한 비밀을 풀 수 있을 것이라는 기대다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(42)] 금성 대륙, 초기 지구와 유사점 암시
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'물의 행성' 97광년 너머 발견⋯지구형 행성 탐사 '이정표'
- 허블 우주 망원경(HST)이 60억 년 전에 형성된 외계행성을 둘러싼 물이 풍부한 대기를 감지했다. 포브스는 최근 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'를 인용해 이 외계행성 'GJ 9827d'은 태양계에서 불과 97광년 떨어져 있다며 이같이 보도했다. 미국 항공우주국(NASA·나사)에 따르면 외계행성 GJ 9827d는 지름이 지구의 약 2배이며 태양계의 해왕성 및 금성과 유사하다. 현재까지 대기에서 수증기가 감지된 가장 작은 외계행성이다. 지구형 행성은 태양계 내에서 지구와 비슷한 크기와 구조를 가진 행성을 말한다. 이러한 행성들은 지구와 우사한 특징을 가지고 있을 수 있으며, 물이나 기체로 된 대기를 포함한 환경을 가질 수 있다. 지구형 행성은 일반적으로 '금성형'과 '지구형'으로 분류된다. 이러한 행성들은 지구와 비슷한 크기와 질량을 가지며, 가스나 암석으로 이루어진 지표를 가지고 잇을 가능성이 크다. 이러한 지구형 행성 중에서 지구와 가장 비슷한 특성을 가진 것으로는 금성이 유명하다. 지구형 행성 특징 규명에 접근 물고기자리 방향의 외계행성 GJ 9827d에서 물을 발견한 것은 획기적인 사건이다. 물고기자리는 천문학에서 중요한 별자리 중 하나로 우리 은하의 방향을 나타내는 방향 지시자로도 사용된다. 물고기자리에는 명확한 주요 별이 많이 없지만, 여러 개의 밝은 별들이 모여 있는 모양이 물고기의 형상을 형성한다. 이번 연구 결과를 발표한 천문학자 팀 중 한 명인 독일 막스플랑크 천문연구소의 외계행성 대기물리학 부서를 총괄하는 로라 클라이드버그(Laura Klydeberg)는 보도자료를 통해 "진정한 지구형 행성의 특징에 한 발짝 더 다가서게 됐다"고 말했다. 이번 수증기 검출로 은하계에 존재하는 물이 풍부한 행성에 대한 이해가 비약적으로 발전할 수 있을 것으로 보인다. 행성에 물이 있는지 여부는 생명체 존재 가능성을 판단하는 데 매우 중요한 요소로 여겨지기 때문이다. 미국과 중국, 인도 등 우주 강국이 달 남극 탐사에 집중하는 것도 바로 물이 있기 때문이다. 연구팀 중 한 명인 캐나다 몬트리올대 트로티에 외계행성연구소(iREx)의 비욘 베네케는 "물이 풍부한 대기를 가진 행성이 태양계 외곽 항성계에 실제로 존재할 수 있다는 것을 대기 탐지를 통해 직접적으로 증명한 것은 이번이 처음일 것"이라고 말했다. 베케네는 "이는 암석성 행성의 대기 보유율과 다양성을 규명하는 데 있어 중요한 진전이다"라고 평가했다. 이번 연구 결과를 담은 논문은 '천체물리학 저널 레터스(The Astrophysical Journal Letters)'에 게재됐다. 고온다습한 행성 GJ 9827d는 주별(주로 별자리를 의미함)에 가깝기 때문에 금성처럼 고온다습한 행성일 가능성이 있다. 하지만 행성 대기의 주성분이 물인지, 아니면 수소를 많이 함유한 희박한 대기인지는 아직 밝혀지지 않았다. GJ 9827d에 대해 문제가 되는 것은 그 나이와 주별과의 근접성이다. 형성된 지 60억 년이 지났기 때문에 주별의 강력한 복사로 인해 초기부터 존재했던 수소의 대부분을 잃어버렸을 것으로 추정된다. 베케네는 "비교적 작은 행성을 조사하다 보면 어느 순간 행성에서 수소가 사라지고 이산화탄소를 주성분으로 하는 금성에 더 가까운 대기를 갖게 되는 전환점이 있을 것"이라고 설명했다. 절반은 물, 나머지 절반은 암석 추정 또 다른 가능성은 GJ 9827d가 수증기를 포함한 수소가 풍부한 외계행성(슈퍼지구보다 크고 해왕성형 행성보다 작은 외계행성)으로 수증기가 풍부한 외곽 가스층(수소와 헬륨으로 구성된 외곽 가스층)을 여전히 보유하고 있을 가능성이 있다. 그밖에 또 다른 가능성으로는 목성의 위성인 유로파의 온도를 높인 것과 같은 천체일 수도 있다. 유로파의 얼음 껍질 아래에는 지구의 두 배에 달하는 물이 존재한다. 베게네는 "GJ 9827d는 반은 물이고 반은 암석인 행성일 수 있다"고 지적했다. 그는 "작은 암석질 본체 위쪽에는 다량의 수증기가 있을 것"이라고 덧붙였다. 만약 GJ 9827d에 물이 풍부한 대기가 남아있다면, 주성(개별적인 하나의 별)에서 멀리 떨어진 곳에서 형성된 후 주성 근처로 이동한 것이 분명하다. 연구팀은 최근 제임스 웹 우주망원경(JWST)으로 GJ 9827d를 관측해 더 많은 정보를 얻을 수 있을 것으로 기대하고 있다. 클라이드버그는 "이 관측 데이터로 무엇이 밝혀질지 눈으로 확인할 수 있기를 매우 고대하고 있다"고 말했다. 그는 "물의 행성 문제를 완전히 해결할 수 있기를 바란다"고 기대했다. 한편, 나사는 지난 1월 31일 태양보다 작고 차가운 적색 왜성을 도는 지구 질량 1.5배의 '슈퍼 지구'를 발견했다고 공식 발표했다. 나사에 따르면 'TOI-715 b'로 명명된 이 행성은 잠재적으로 생명체 거주 가능한 행성으로 추정된다. 발견 과정은 NASA 주관 트랜짓 엑소플래닛 서베이 위성(TESS)을 통해 이루어졌다. 나사는 발표문을 통해 "추가 조사가 필요한 '슈퍼지구'는 천문학적 기준으로 볼 때 우리와 상당히 가까운 137광년 떨어진 작고 붉은 별을 돌고 있다"면서 "동일한 항성계 내에 지구 크기의 두 번째 행성이 있을 수도 있다"고 설명했다. 이처럼 우주 과학의 발달로 슈퍼 지구 혹은 물이 존재하는 지구와 유사한 별의 존재가 속속 밝혀지고 있다.
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'물의 행성' 97광년 너머 발견⋯지구형 행성 탐사 '이정표'
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지구와 닮은 행성, 73광년 거리서 발견⋯가장 젊은 행성
- 지구와 닮은 행성이 73광년 거리에서 발견돼 천문학자들을 흥분시키고 있다. 이번에 새롭게 발견된 행성은 미국 항공우주국(NASA·나사)의 천체 탐사 위성 TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite)에 의해 감지됐다. TESS 위성은 태양계를 넘어서는 광대한 우주 공간에서 다수의 거대 행성들을 탐지해 왔다. 그 중에는 이번 발견을 포함해 같은 행성계 내에 위치한 두 개의 다른 행성들도 포함되어 있다. 영국 매체 인디펜던트(independent)는 나사의 TESS 위성이 발견한 HD 63433d로 명명된 이 신비한 행성이 지금까지 발견된 지구 크기 행성들 중에서 가장 젊고 가장 인접한 위치에 있다고 전했다. 이번 지구형 행성 발견의 의미는 매우 크다. 연구진은 이 행성의 근접성이 지구과학에 중대한 발견을 이끌어낼 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이번 연구의 공동 책임자 중 한 명인 위스콘신 매디슨 대학의 멜린다 소아레스-푸르타도(Melinda Soares-Furtado) 연구원은 "우리는 지구의 초기 모습을 닮은 이 신세계를 면밀히 관찰할 기회를 가질 것"이라며, "이 행성이 초기 지구의 특성을 갖고 있을 가능성이 있어, 그 가치가 매우 크다"고 말했다. 연구진은 이 행성에 대한 면밀한 관찰을 통해 내부적인 가스 배출 여부와 자기장 작동 메커니즘 등을 파악할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 소아레스-푸르타도 박사는 이 발견의 중요성을 강조하며, "이것은 우리 태양계와 가까운 공간에서 일어나는 매우 흥미로운 현상"이라고 말했다. 그러면서 "이렇게 가까이 있는 복잡한 천체 시스템이 우리에게 어떤 정보를 제공할 수 있을지, 또한 이 젊은 별 그룹에 속한 다른 유사한 별들 중에서 행성을 찾는 연구가 어떻게 우리의 지식을 확장하는데 도움이 될 수 있을지에 대해 깊이 고민하고 있다"고 전했다. 그러나 이 행성과 지구 간의 유사점은 한계가 있다. 이 행성은 별에 대해 조석 고정 상태로 존재하여, 항상 같은 면만을 향하고 있는 것으로 추정된다. 이로 인해 한쪽 면의 온도는 1260℃(화씨 2300도)에 이를 수 있으며, 이는 지표면이 용암으로 뒤덮여 있을 수 있음을 의미한다. 이 신비로운 행성은 HD 63433이라는 별 주변에서 발견된 세 번째 행성으로, 이에 따라 명명되었다. 이 행성은 우리의 태양과 크기와 종류가 유사하나, 연령 면에서 훨씬 젊은 특징을 지니고 있다. 게다가 불과 73광년 거리에 위치한 HD 63433d행성은 쌍안경을 통해서도 관찰이 가능하다는 점이 놀라움을 자아낸다. 이 행성은 지구의 크기와 유사하며, 지름은 지구의 1.1배 정도이다. 이 행성이 공전하는 별은 태양의 크기의 91%, 질량의 99%에 달해 태양과 상당히 유사한 특성을 보인다. 이번 행성 발견은 천문학 저널에 'TESS 젊은 외계 행성 탐사(THYME)'라는 제목의 논문으로 소개됐다. 이 연구는 천문학계에 새로운 지평을 열며, 우주에 대한 인류의 지식 확장에 중요한 기여를 하고 있다.
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지구와 닮은 행성, 73광년 거리서 발견⋯가장 젊은 행성
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