이석원 기자
지난 2018년 10월 10일 20시 1분. 인도네시아 술라웨시섬 동쪽에서 발생한 뇌운 속에서 번개가 번쩍였다. 당시 국제우주정거장 ISS는 바로 그 위를 통과하고 있었고 번개가 감마선 섬광을 발생시키는 걸 관측하는 장비 일체를 갖추고 있었다. 당시 폭풍이 동시에 대기 최상층에 자외선과 가시광선이 빛나는 고리를 방사하고 있었다.
관측 결과에 따르면 TGF(Terrestrial gamma-ray flash)와 뇌우 관련 대기 광학 현상인 상층 대기 번개 엘브(Elve)의 가시광 성분을 동시에 파악한 첫 시도라고 한다. 이 관측은 번개와 폭풍우에 의해 발생함 방사선, 대기 상층에서 전자기 현상 사이의 관계에 대해 많은 증거를 제시하는 한편 기후가 만들어내는 자연의 방사능에 대한 호기심을 더 불러일으킨다.
연구팀은 대기의 최하층에 있는 폭풍이 고도 100km 지구와 우주의 경계에도 영향을 미치고 있다고 설명하고 있다. 뇌우 속에 있는 강한 전기장은 물리학자가 사용하는 가속기처럼 입자를 가속시키는 능력을 갖고 있는데 이런 가속 입자는 구름 속에서 폭주해 연쇄반응을 일으켜 감마선이라는 고에너지 섬광을 방출하며 이 결과가 바로 TGF다.
한편 엘브(Elve. Emission of Light and Very Low Frequency perturbations due to Electromagnetic Pulse Sources) 발생은 일반적이지만 직경 수백km 지역을 비추고 있어 보고 싶어도 볼 수 없는 현상이다. 엘브는 높은 진폭의 전자기 펄스에 의해 만들어진 전리층까지 도달하는 입자를 자극해 빛을 발생시킨다.
연구팀은 뇌운이 발생시키는 플라즈마가 뇌운 속 반대 전하 영역으로 연결되는 영역, 그러니까 번개의 시작도 관측했다. 또 빛 신호와 자외선 방출이 불과 30∼40마이크로초 밖에 되지 않는 TGF와 함께 시작하는 걸 확인했다. 그러자 번개가 전류 펄스를 발생시키고 그 위쪽으로 이동해 엘브를 발사한다. 연구팀은 TGF가 생성되어 구름의 번개에 의해 전자기 펄스가 생성되고 그 결과 엘브가 생성된 것으로 규정했다.
연구팀은 ISS에 탑재한 ASIM(Atmosphere-Space Interactions Monitor)이라는 장비를 이용해 관측을 진행했다. 여기에는 엑스선과 감마선 검출기, 자외선과 가시광선 검출기, 가시광선 카메라 2대 등을 갖추고 있다. ASIM 데이터는 전 세계 번개를 발생시키는 폭풍을 관측하는 지상 센서를 갖춘 데이터(World Wide Lightning Location Network)를 포함하고 있다.
전문가들은 이번 연구가 번개와 TGF, 엘브의 관계를 밝히고 있다고 설명하고 있다. 앞으로 번개와 관련한 현상을 일으키는 신비를 이해하기 위한 노력도 계속해나갈 예정이라고 한다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.
정용환 기자
