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번개 유도 연구

과학자들은 구름으로부터 번개를 유도해 자세히 분석하는 작업을 합니다. 이들은 전선이 연결된 작은 로켓을 구름 속으로 날려보내 번개를 만들어내는 방법을 사용합니다. 전선의 한 쪽 끝은 땅과 연결되어 있어, 마치 피뢰침과 같은 역할을 하게 됩니다. 구름 속의 전하가 땅 속으로 전달되도록 길을 열어주는 것입니다. 로켓은 하늘의 전자장이 일정 수준에 도달하는 순간에 발사됩니다.

땅과 로켓을 연결한 전선이 번개를 로켓 발사 장치로 유도합니다. 두 대의 고속 카메라에 찍힌 번개는 여러 가지 모습을 보여주는데, 사진에 찍힌 신기한 모습들은 이 자연현상이 얼마나 강력한 것인지를 일깨워줍니다. 번개의 정지된 사진은 매우 역동적이고 아름다워 보입니다. 이는 번개가 칠 때 바람이 불었기 때문입니다. 고작 10분의 1초 정도였겠지만, 그 짧은 시간 동안에 번개가 바람에 이끌려 흔들린 것입니다.

번개의 생성

번개는 어떻게 목표물을 찾으며, 왜 퍼져서 뻗어나가는 것일까요? 이러한 기본적인 의문조차 아직 확실한 답을 찾지는 못했지만, 한 가지 분명한 것은 있습니다. 먹구름에는 바람과 비, 얼음 조각이 뒤섞여 있으며, 따스한 기류가 물방울을 머금은 채 상승하다가 높은 고도에서 시속 180km의 속력으로 얼음 조각과 충돌한다는 것입니다. 이 충돌로 전하가 형성됩니다. 대부분의 먹구름에서 연속적으로 양전하와 음전하 층이 형성되며, 이 층을 통해 어디에서 번개가 시작되고 어떻게 뻗어나갈 지 결정됩니다. 번개가 어떻게 시작되는지에 대해서는 아직 정확히 알려진 바가 없지만, 현재 제기되는 많은 추측 중에 하나는 우주선 소나기에 의해 시작된다는 이론입니다. 하전 입자들이 대기를 통과해 들어오면서 대기 입자에 의해 속도가 느려지다가 우주선 소나기에 의해 힘을 얻어 속도가 빨라지면서 거의 광속으로 움직이기 때문에 불빛이 일어난다는 것입니다.

귀환뇌격 (return stroke)

저속 촬영된 번개는 놀라움 그 자체입니다. 이 영상은 번개가 내리치는 모습을 초당 11,000 프레임으로 찍은 영상입니다. 위쪽에서만 번쩍이는데 구름 대문에 정확히 볼 수가 없습니다. 번개 섬광은 꽤 오랫동안 지속됩니다. 이 섬광은 1/3초 정도 지속되는데, 고속 재생으로 보더라도 꽤 긴 시간입니다. 번개가 내려오면서 계속 이어지는데, 지면과 가까워지면서 속도가 더욱 빨라집니다. 번개는 마치 천천히 내려가다가 다시 튀어 오르는 듯한 움직임을 보입니다. 번개가 지면에 닿으면서 엄청난 섬광이 일어납니다. 그리고 드디어 귀환뇌격(return stroke)이 발생합니다.

귀환뇌격 이후에도 섬광은 계속 이어집니다. 귀환뇌격이 흐르는 통로에 다양한 불빛이 나타납니다. 이 밝은 통로를 통해 전류가 흐르는데, 이 전류는 엄청난 파괴력을 지니고 있습니다. 엄청난 양의 전하와 열기로 화재 등의 피해를 일으키기도 합니다. 섬광은 서서히 사라집니다. 이처럼 저속 촬영으로 본 번개가 내리치는 모습은 황홀하고 아름답습니다.

항공기 번개 사고

높은 구조물이 있다면, 번개의 방향이 바뀔 수도 있습니다. 탑에 내리치는 듯한 번개는 구름에서 온 것이 아니라, 구조물 꼭대기에서 시작되어 위로 올라간 것입니다. 위로 향하는 독특한 번개의 형성 과정은 다음의 영상에서 관측할 수 있습니다. 이 번개의 실시간 지속 시간은 1초도 되지 않습니다. 번개의 섬광은 탑으로 내리치는 것이 아니라 반대로 탑에서 시작됩니다.

번개가 치려면 강한 전자장이 형성되어 있는 지역에 번개를 만들어낼 수 있는 원자 핵 입자가 필요합니다. 이 과정이 정확히 밝혀진 것은 아니지만, 지상의 높은 구조물에서 번개가 일어날 수도 있다는 사실은 분명합니다. 폭풍우 속을 비행하는 비행기 역시 마찬가지입니다. 비행기를 통제하는 전자 시스템은 전기적 충격에 대비해 2중, 3중으로 안전 장치가 되어 있기에 위험도는 낮습니다.