중국 과학원 연구원이 1프레임당 38만분의 1초 울트라 고속 촬영을 이용해 낙뢰가 발생한 상공과 지상엣 번개가 이어지는 순간 모습을 포착하는데 성공했다.
번개라고 하면 말 그대로 뇌운에서 번개가 아래로 뻗어 바닥에 떨어지는 걸 생각하기 쉽지만 실제로는 뇌운에서 발생하는 여러 번개 속 하나를 지상에서 방전, 중간에 연결하기 위한 강력한 번개를 발생시킨다.
공기는 강력한 절연체지만 뇌운은 상승 기류 속에서 공기 중 수분을 냉각, 미세한 얼음 결정을 만들어낸다. 이게 기류에 의해 서로 촉진하는 양극과 음극 전하를 분리한다. 그리고 뇌운 하단에는 부의 전하가 모이고 지상 부근에는 양 전하가 유도한다. 이 전계 강도가 강해지는 구름 사이에서 방전 현상이 발생하면서 천둥소리를 내며 시작한다.
이런 방전 현상은 공기 절연 파괴를 발생시킨다. 방전이 강해지고 지상에 도달하면 지상 측에서 상승 방전이 발사되며 양측이 연결되어 상공에 주입된다. 이게 번개라는 현상이다. 뇌운에서 많은 번개가 울리지만 지상에서의 방전은 낙뢰 하나에 1곳 뿐이며 어디에서 접속점이 형성될지 예측할 수 없다.
이번 연구는 베이징에 위치한 높이 325m 기상 관측탑에 뇌격을 파악한 것이다. 번개는 하늘 번개와 지상에서 방전이 중간 지점에 연결해 충전이 흐르는 경로가 완성, 강렬한 에너지에 의한 강한 발광이 일어나는 걸 알 수 있다.
더 자세하게 보면 아래쪽 번개와 위쪽 방전이 서로 23m 거리 이내까지 접근하면 연결보다는 해당 거리를 이동하는 것처럼 한 경로를 형성하고 있다. 연구팀은 몇 도 갈라져 있는 번개 끝이 어느 일정 범위 내에서 무리처럼 지상에서 방전과 연결되는지 아니면 분기 한 가운데 1개만 연결되고 번개가 되는지 지금까지 명확하지 않았지만 초고속 촬영 영상을 통해 2번째 시나리오, 그러니까 여러 가지 중 실처럼 가는 1개가 최종 연결 지점이 되는 걸 나타내는 걸 보여주고 있다.
연구팀은 이번 연구 결과가 번개 재해에 대한 이해를 높이고 낙뢰 발생 모델 변화와 개선을 지원하기 위해 사용할 수 있다며 자세한 현상을 알기 위한 관찰이 필요하다고 밝히고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.