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번개

last modified: 2015-12-05 20:13:16 by Contributors

Contents

1. 개요
2. 원리
3. 종류
4. 트리비아
5. 미스테리
6. 매체에서의 등장
7. 관련항목



위의 그림은 2010년 4월 18일 아이슬란드의 에이야퍄들라이외퀴들 화산 폭발 시 발생한 용암과 수증기, 화산재정기술사로 인해서 발생한 화산성 번개(volcano lightning)

1. 개요

제우스의 무기
날씨 관련 용어. 기상현상 중 하나. 항목 제목은 번개이나 벼락과는 다른 개념이다. 번개는 번쩍 빛나는 것, 벼락은 아래로 내려 박히는 것. 번개가 친 후 들려오는 파열음을 천둥이라고 한다.

2. 원리

먼저 대량의 비구름이 비를 쏟아낸다. 이때 이 빗방울이 상승기류로 인해 파열되고, 파열된 빗방울은 양전하를 띄게되고, 그 주변 공기는 양전하에 의해 들뜨면서 음전하를 띄는 플라즈마 상태가 된다. 빗방울이 아래로 떨어지며 파열하기 때문에, 이 음전하를 띄는 공기도 지상으로 퍼져간다. 다들알다시피, 양전하와 음전하가 관계를 가질때 생성되는 것이 바로 전기다. 당연히 하늘에 가득찬 양전하와 음전하는 대량의 전기를 만들고, 대량의 전기는 당연히 전자기파, 즉 가시광선을 순간적으로 방출한다. 이것이 우리가 보든 번개다.

발생원은 틀리지만, 번개와 정전기의 원리는 동일하다.

사실 낙뢰는 엄밀히 말해서 내려꽂히는 것을 보는 것이 아니라 구름으로 치고 올라가는 되돌이 뇌격이라는 녀석을 보는 것이다. 다만 되돌이 뇌격은 번개가 내려오고 1/1000초 만에 일어나기에 연속적인 섬광으로 보이는 것이다.

백문이 불여일견. 초고속 카메라로 본 번개의 모습.
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[GIF image (993.81 KB)]


참고로 번개의 약 80%는 뇌운에서 다른 뇌운으로 치는 것이라고 한다. 구름에서 구름으로 치는 번개의 모습은 이 영상을 참조. 거대한 슈퍼셀이 발달하면서 격렬하게 번개가 치는 모습을 빨리감기로 촬영한 것이다. 이런 번개들까지 따지면 실제로 구름에서 치는 번개는 상당히 많아진다. 사실상 대부분의 번개가 다 이와 같은 것들. 전체의 약 1%에 해당하는 일부 번개는 지상에서 하늘 방향으로 거꾸로 치기도 한다.

그리고 번개가 치기 전 양전하가 뾰족한 도체에 모여 초록색 방전이 일어나는 것을 목격했다면 그 자리에서 피하는 것이 좋다. 이 방전은 코로나 방전으로 번개가 치는 적란운에 들어가기 직전에 전계강도의 백터방향이 바뀌면서 전기장의 극이 바뀌어 도체 끝에 전하가 집중되기 시작하는 현상이기 때문이다. 즉, 곧이어 그 자리에 뇌격이 있을 확실한 표지이다. 하지만 과거 대항해시대 때의 선원들은 이 불꽃을 보고 '세인트 엘모의 불'이라고 부르고, 성자 에라스무스께서 자신들의 저승길앞길을 밝혀주는 등불이라 여기며 길조라고 생각해 감격해 마지 않았다고 한다.

번개가 칠 때 AM라디오(중파방송, 단파방송) 수신 시에 잡음이 들린다.

천둥이 보통 번개가 번쩍이고 나서 3초 이내에 터지면 번개를 맞을 확률이 높아지니 안전한 곳으로 피해야 한다고 한다. 번개가 친 곳이 자신의 위치로부터 반경 1km 이내이기 때문이다. 피할 시간이 마땅치 않으면 일단 금속성 물질을 버려야 하고(골프장에서 번개 맞았다는 뉴스가 종종 나오는 이유가 허허벌판에 클럽까지 가지고 있기 때문이다) 웅크리고 앉아 있어야 번개를 덜 맞는다.

번개가 떨어질 때 그 전류를 안전한 곳에 흘러주지 않으면 건물에도 피해를 줄 수 있기 때문에 높은 건물은 반드시 피뢰침을 설치해야 한다.

토론토 CN 타워에 벼락이 치는 모습. 보다시피 벼락이 내려꽂힐 때 미세하게 흔들리다가 빛나는 가루처럼 흩어져 사라지는 진기한 광경을 관찰할 수 있다. 실제로 과학자들은 번개가 풍향이나 풍속과 같은 요인들에 의해 흔들릴 수 있다고 말한다.

3. 종류

Lightnings.jpg
[JPG image (53.12 KB)]


그림에서 보듯이 번개의 종류 중에는 구름 아래로 치는 번개와 위로 치는 번개가 있다. 구름 위로 치는 번개를 메가번개라고 하는데, 일반 번개보다 그 규모가 훨씬 크다.

지그재그로 뻗어 내려오는 형태가 대표적이긴 하지만, 구형의 번개도 있다. 이것이 구형번개, 혹은 구전현상이다. kugelblitz라 하여 영어 사전에도 이 단어가 올라와 있는데, 워낙 드문 현상이라 구체적인 형성 과정은 불분명하다.

4. 트리비아

번개속도뇌속 항목을 참조.

의외로 번개를 맞고도 살아남을 확률은 크다. 감전 사고와는 달리 전류가 흐르는 시간이 극히 짧고, 전류가 심장만 통과하지 않으면 되기 때문. 대신 역시나 전류를 사용하는 신경계의 손상은 각오해야한다. 운좋게 손상이 없어도 번개를 맞고 살아난 사람의 경우 살결을 따라 리히텐베르크 도형대로 흉터가 남기기도 한다.[1]

기네스북에 오를 정도로 번개를 7번이나 맞고도 무사한 사람도 있다.미국 산림경비원인 로이 클리블랜드 설리번(1912~1983).하지만 화상을 약간 당한 정도 밖에 큰 상처는 없었다. 그러나 실연당하자 그 충격으로 권총자살하고 말았다...(근데 생몰연도보면 71세로 나름 천수를 누리고 갔다?!)반대로 영국군 소령이던 조지 섬머퍼드는 살아서 4번, 죽어서도 번개에 맞은 해괴한 기록을 가지고 있는데 그는 1918년 1차대전 당시 플랑드르 전선에서 번개에 맞아 하반신 마비가 되었고 군을 떠난 뒤로 캐나다로 이민갔다. 그러나, 1926년 캐나다에서도 번개에 맞아 한팔이 마비되었고 1930년 또 번개에 맞아 전신마비가 된 끝에 1932년 세상을 떠나고 말았다. 더 황당한 건 그의 비석조차도 1936년에 번개에 또 맞아 부숴졌다...쇠가 없음에도.

대한민국에도 번개를 2번이나 맞고 생존한 사람이 있다. 군생활 도중 경계근무도중 번개를 맞고 기절한뒤 깨어나 초소에 설치된 전화로 보고하던 중 또 번개를 맞고 기절했다고. 'TV특종 놀라운 세상'에도 출연하셨다. 건강에 별 이상은 없으신데 초소의 전화선이 전기를 지면으로 흘려줘 사신거라고.
일단 매우 쓸모없고 위험하기 짝이 없는 현상으로 보이지만 샅샅이 뒤지면 쓸만한 점이 있긴 하다. 번개는 대기의 질소를 땅으로 환원시키는 질소고정 메커니즘의 중요한 요인중 하나이다. 번개가 자주치면 질소가 환원되는 량이 늘기 때문에 땅의 지력이 올라가기 때문이다.

참고로 기상청에서 번개가 치는 곳을 5분 단위로 볼 수 있다. 링크[2]

일단의 과학자들에 의하여 번개가 치기 직전에 전파감마선이 폭발적으로 방출되는 검은 번개(Dark Lightning) 현상이 존재함이 밝혀졌다. 용어가 중2병 같다 자세한 내용은 링크를 참고할 것.

지구에서 가장 번개가 극심하게 치는 지역 중 하나로 중부 아프리카와 함께 꼽는 곳이 바로 베네수엘라. 이곳의 번개는 흔히 카타툼보 번개(Catatumbo Lightning)라 하여, 그야말로 쉴새없이 내리꽂는 번개의 향연을 볼 수 있다. 인터넷에서 흔히 도는 번개 캡처들 중에도 적지 않은 수가 바로 이 카타툼보 번개다. 대기 중 오존층 확보에 크게 기여하는 소중한 현상이지만, 기후변화로 인해 지속 가능성이 의문시되고 있다. 베네수엘라 정부는 이것을 유네스코 자연유산으로 등재하기 위해 애를 쓰고 있다고.

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그렇다고 카더라.

5. 미스테리

현대로 오면서 번개에 대한 많은 것들을 밝혀내기는 했지만 아직도 과학자들이 밝혀내지 못한 것들이 있다.

  • 번개의 전기 충전 원리
양전자와 음전자가 상호작용해서 번개가 생기는 것은 알지만, 물방울과 얼음에 불과한 뇌운이 어떻게 그렇게 막대한 전기 에너지를 충전할 수 있는지 아직 밝혀내지 못했다. 현재 인류의 발전, 충전 기술로는 해당 과정 재연이 불가능하다고 한다. 과학자들은 우주선이 영향을 준다고 생각하고 있지만 확실하게 밝혀내지 못했다. 그래서 번개를 '무유도 저항 충전메커니즘'[3] 부르고 있다고 한다.

  • 번개는 어떻게 시작되는가
인공번개 발생은 구름에 스파크를 줘서 발생시키는데, 실제 자연에서는 어떻게 스파크에 해당하는 것이 생기는지 아직 밝혀내지 못했다.

  • 번개는 어떻게 그 먼 거리를 날아갈 수 있는가
구름 속에는 전기의 길을 여는 절연체나 안내장치가 없는데 어떻게 번개가 먼 거리를 날아갈 수 있는지 아직 밝혀내지 못했다.



▲ 번개의 미스터리에 대한 50분짜리 강의 영상. (영어) 중간에 메가번개구전현상 이야기도 나온다.

  • 위 영상에 따르면, 대략 백만분의 1 확률로 강력한 번개가 발생하는데 이것은 목성의 번개와도 유사하다고 한다. 일반적인 번개에 비해 100배 더 밝으며 소위 슈퍼볼트(Superbolt)라고 부른다는 모양. 어째서 이런 것이 나타나는지에 대해서는 밝혀진 바가 없다고.

  • 위 영상 중에, 스페이스 셔틀우주 정거장에서 관찰한 바에 따르면, 전세계적으로 번개는 일종의 체인 내지는 네트워크 형태로 상호작용하면서 발생하는 것으로 보인다. 지구에서 번개가 치는 모습을 우주에서 관찰할 경우 하나의 거대한 패턴이 관찰되는데, 어째서 번개들끼리 서로 이와 같이 동조하는(sympathetic) 모습을 보이는지도 미스터리라고 한다. 번개가 어떻게 시작되는가에 대해 힌트를 줄 수도 있을 것으로 기대된다고.

  • 위 영상에도 소개되고 있고 이 항목의 "종류" 부분에도 나오지만, 거미형(spider), 구슬형(bead) 등등의 하위 유형들이 어째서 나누어지게 되는지, 그리고 각각의 유형들이 어떠한 것인지에 대해 충분히 밝혀지지 않았다. 특히 narrow bipolar의 경우 구름 속에서 아무런 예고도 없이[4] 순간적으로 강력한 전파를 방출하는데, 이것에 대해서는 현대과학으로 밝혀낸 바가 아예 없다.


6. 매체에서의 등장

각종 창작물에서는 번개 특유의 간지(…)나 역동성 때문에 주연급 캐릭터들이 사용하는 원소로 나올 때가 많다. 다만 주인공은 왠지 주로 불을 쓰는 경우가 많아서 번개는 라이벌, 내지는 보스급 캐릭터가 사용하는 경우가 많다.[5]기상현상인 만큼 날씨를 조종하는 능력자 캐릭터의 능력들 중 하나로 나올 때도 있다.

번개의 원인을 규명하지 못했던 고대 사회에서는 이를 신의 권능으로 여겼으므로 번개는 신(혹은 천벌)을 상징하기도 했다. 그리고 문명권에서 번개의 신이 곧 하늘의 주신으로 나타나는데 예로 제우스토르, 인드라가 대표적이다. 번개는 하늘의 신이 권능으로 생각했다. 옛날 사람들이 그렇게 생각하는 이유는 직관적으로 일단 하늘에서 내려오니깐 이다. 또한 그렇게 하늘에 계속 거하다는 생각으로 이어져 천둥의 신들은 어느 문명권에서 중요한 위치에 서있게 되었다. 각 신화의 주신들은 대개 하늘의 신이였으니, 이들은 대개 각 신화의 주신에 해당하며 이들의 무기(제우스의 아스트라페, 토르의 묠니르, 인드라의 금강저)는 번개와 동일시 되었다.

기동전사 건담에서 지구에 거주한 경험이 없는 스페이스노이드들은 지구연방군이나 지온공국군의 신무기로 착각하기도 했다.

번개를 사용하는 가공 존재, 캐릭터들에 대해서는 전기 항목의 '각 매체에서의 전기 능력자들'을 참조

영화 백 투 더 퓨처 시리즈 중 1탄 마지막에 플루토늄을 대신해 타임머신이 시간여행에 필요한 전력 1.21 기가와트를 공급해 주는 역할을 한다.그런데 아예 처음부터 개발자작품 속 미래로 가서 그 융해기 개발했으면 되는거 아니었나

웹툰 '장인의 나라'에선 번개를 다루는 자매 장인이 나온다. 분재를 가꿀 때 철사로 길을 잡아주듯 번개가 내려오는 길을 만드는 방식이다. 언니는 공격용으로도 사용가능하며 아름다워서 좋다고 하는데 동생은 그걸 잘생긴 남자에게 써서 남은 상흔(...)을 좋아한다. 물론 생사는 상관 안 한다 되려 언니가 확실히 죽이라고 이연타 날릴 정도

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  • [1] 이 번개 흉터가 전류가 흐르면서 핏줄이 터져 핏줄 모양대로 흉터가 생긴 걸로 오해받기도 하는데, 핏줄과는 별 상관 없이 전기가 물체를 통과할 때 특유의 나무 가지 무늬를 그리면서 펴지는 현상이다. 이렇게 나뭇가지처럼 전기가 분산되는 현상을 리히텐베르크 도형이라 하며 사람은 물론 번개 맞은 풀밭 위에도 나타나기도 한다. 위의 낙뢰 슬로우 모션 이미지에서도 번개가 퍼지는 모양이 리히텐베르크 도형이다.
  • [2] 참고로, 한국전력공사에는 KLDNet이라는 전국적 낙뢰감시시스템이 있지만 어디에도 그 정보를 제공하고 있지 않다.
  • [3] 패러데이의 원리에 따르면 유도작용이 없는 저항이나 전기 발생은 불가능한데 번개는 그게 되고 있기 때문
  • [4] 심지어 번개의 상징인 밝은 불빛조차도 없다.
  • [5] 아무래도 번개(전기)를 사용하는 경우 더 강해진다거나 하는 느낌을 주기 힘들어서라고 볼 수 있겠다. 아무래도 번개는 한 번 반짝 치고 마는 거다 보니까 지속뎀을 주는 연출을 하기가 매우 어렵다. 음? 네?
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