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- ISS우주 정거장의 관측소에서 블루 제트 포착
- 비정상적인 번개 현상 출처는 불분명
- 수백 밀리초 지속, 성층권으로 퍼져나간다.

"블루 레이" 수수께끼 풀렸다.
ISS 우주 정거장의 데이터가 희귀한 푸른 번개의 기원을 밝힌다.

드물게 포착된 현상 :
ISS 우주 정거장의 한 관측소에서 처음으로 "파란 분출(jets)"의 형성을 기록했다.
구름 덮개에서 성층권으로 올라가는 파란색 번개 볼트. 이러한 방전은 극히 드물며 이전에는 발생 방법과 이유가 명확하지 않았다. 새로운 관측은 이제 이 비정상적인 번개 현상의 기원을 보여준다. 

▲ 이 청색 광선은 블루 제트(blue jets)로, 구름 천장에서 위쪽으로 방출되는 드문 형태의 방전이다. © ESA

이들 블루 제트(blue jet)는 최대 13억 볼트의 전압에 도달하고 수백 킬로미터에 걸쳐있을 수 있으며 심지어 반물질을 생성할 수도 있다.
번개는 매혹적인 자연 현상이다. 그러나 이러한 ‘정상적인’ 뇌우 번개가 땅과 뇌운 사이 또는 구름 덮개 내에서 발생하는 것 외에도 뇌운 위에서 발생하는 방전도 있다.
이 희귀한 현상에는 종종 붉은 빛을 발하는 고블린 섬광 또는 ‘스프라이트(Sprites)’뿐만 아니라 수수께끼의 ‘블루 제트’도 포함된다.

출처 불분명

덴마크 공과 대학의 토르스트 노이버트(Torsten Neubert)와 동료들은 "블루 제트는 번개와 같은 대기 중의 방전으로 수백 밀리 초 동안 지속되고 폭풍 구름의 꼭대기에서 성층권으로 퍼져 나간다"고 설명했다.
푸른 광선은 원뿔 모양의 부채로 넓어질 수 있다. 그러나 이 블루 제트는 수명이 짧고 극히 드물며 우주에서만 볼 수 있다.

따라서 이러한 청색 플라즈마 방전이 어떻게 그리고 왜 발생하는지는 아직 명확하지 않았다. 연구진은 “구름의 양전하 상부 영역과 구름 경계의 음전하 층과 그 위의 공기 사이의 전기적 단락이 원인이라고 믿어진다.
이것은 청색 ‘스트리머(streamer’가 방출되는 소위 리더(leader)라고 불리는 사전 방전을 생성한다. 즉, 가설이다. 그러나 리더가 어디에서 어떻게 생성됐지는 알려지지 않았다.

▲ 블루 제트 및 기타 대기 방출의 번개의 높이와 모양. © NOAA

ISS 천문대가 푸른 광선을 포착

최근 Neubert와 그의 팀은 이 희귀한 청색 성층권 번개 중 5개를 관찰하는 데 성공했다. 이는 국제 우주 정거장 ISS에 부착된 카메라, 광도계, 감마 및 X-선 감지기의 집합체인 ASIM 천문대 덕분에 가능했다.

약 400km 높이에서 이 천문대는 지구의 구름을 내려다볼 수 있으며, 따라서 지표면에서 보이지 않는 방전을 감지하고 측정 할 수 있다.
2019년 2월 연구진은 태평양 나우루섬에서 각각 약 10μs(마이크로초) 동안 지속되는 5개의 밝은 파란색 제트기를 포착하는 데 성공했다. 이를 지구 기반 측정과 비교해 처음으로 이 방전의 예비 단계를 결정할 수 있었다.

'엘프(북유럽 신화에서 나오는 자연의 영혼)' 동반하는 푸른 번개

관찰 결과 청색 광선으로부터의 복사는 스펙트럼의 청색 영역에서 수 마이크로 초 내에 수백 배의 강도로 증가한 다음 다시 가라앉는 것으로 나타났다.
이 방전 중 하나는 너무 강해서 해발 56km의 전리층과 성층권 사이의 경계에서 파란색으로 깜박이는 번쩍거림을 촉발했다.
또한 모든 파란색 깜박임에는 처음에 UV 펄스가 수반됐다. 연구자들은 일부 높은 방전에서 발생하는 반지(ring)모양의 방출인 소위 ‘엘프’를 본다.

특히 흥미로운 점은 빠진 것이 있었다.
측정 데이터에 따르면 파란색 제트나 이전 방전이 정상적인 번개와 관련이 없음이 확인되었다. Neubert와 그의 팀은 "리더의 규모가 작다는 것은 또한 그들 역시 구름 정상 위나 아래로 확장되지 않음을 나타낸다"고 설명했다.

(ASIM 카메라는 국제 우주 정거장에서이 Blue Jet를 촬영했다. © ESA)

대기 ‘회로’의 새로운 모습

 

연구자들은 파란색 섬광이 들떠 이온화된 질소의 방출을 기반으로 하며, 이미 무선 부문에서 알려진 방전 형태의 광학적 등가물이라고 결론지었다.
이러한 음의 양극성 현상은 또한 구름과 구름에서 땅으로 정상적인 번개를 촉발 할 수 있지만, 우리가 지금 볼 수 있듯이 위쪽으로 방사하는 파란색 제트도 마찬가지다.

동시에, 그들의 관찰은 대기 상층부의 전기 흐름에 새로운 빛을 비춰준다.
공동 저자 발렌시아 대학의 빅터 레글러(Victor Regler)는 "블루 제트와 같이 매우 강렬하고 격렬한 고 방전이 존재한다는 것은 전 세계 전기 회로가 우리가 생각한 것만큼 연속적이지 않다는 것을 의미한다"고 말한다. "대신 전자 밀도에 영향을 미치는 방전 피크가 있다.“
(Nature, 2021; doi : 10.1038 / s41586-020-03122-6)

출처 : 유럽 우주국 (ESA), Asociacion RUVID

[더사이언스플러스=문광주 기자] "no science, no future"

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