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| 각종 상층대기 번개와 발생 고도 |
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1. 개요
상층대기 번개(Upper-atmospheric lightning) 또는 일과성 발광 현상(TLEs, Transient Luminous Events), 통칭 메가번개(Mega lightning)란 대류권 위에서 치는 번개의 일종이다. 대개 구름 아래에서 번개가 칠 때 상층 대기 번개도 같이 나타나는 것으로 알려져 있는데, 이는 지상의 번개로 인해 구름이 대전되면서 열권으로부터 전하가 끌려 내려와 방전이 일어나기 때문으로 추정된다. 발생하는 위치에 따라 '전리층 번개(Ionspheric lightning)'라고도 부르나, 이 경우 엘브스와 스프라이트는 전리층 번개이지만 성층권 상부에서 발생하는 제트 등의 번개는 전리층 번개가 아니다.비행기가 발명된 후부터 여러 비행사들에 의해 보고되었지만 현대에 들어오고 나서야 우주에서 상층대기 번개를 촬영할 수 있게 되면서 실존한다는 것이 확실해졌다. 일반 번개와는 비교할 수 없을 정도로 그 규모와 자체 에너지량이 크기 때문에 아무리 낙뢰 사전대비 장치를 한 비행기라도 상층대기 번개를 맞으면 추락할 위험성이 있다. 이는 성층권 하부, 대류권 계면을 통과하는 비행기에게 위험할 수 있는데, 구름과 악천후를 피하려고 대류권 바로 위로 올라와서 안심하다가 갑자기 상층대기 번개를 맞을 수 있기 때문이다.
많은 상층대기 번개는 구름 아래에서는 제대로 관측할 수 없고, 일반 번개처럼 지속시간이 대단히 짧기 때문에 상층대기 번개에 대한 연구는 미약한 편이다.
2. 분류
카메라 기술이 좋아지고 상층대기 번개의 존재가 알려짐에 따라, 점점 더 화려하고 장대하며 극적인 상층대기 번개 사진들이 많아지고 있다.2.1. 스프라이트
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중간권에서 나타나는 붉은색의 상층대기 번개로, 일반적으로는 레드 스프라이트(red sprite)라고 불린다. 마치 정령이나 해파리와 같은 형상을 하고 있으며,[1] 당근 모양의 '캐럿 스프라이트(carrot sprite)'나 기둥 모양의 '컬럼니폼 스프라이트(columniform sprite, C-sprite)' 등 세부 명칭으로 나뉘기도 한다.
스프라이트는 일반적인 지상 번개가 칠 때 그와 동시에 번개가 발생한 뇌운 위 중간권에서 발생한다. 지상으로부터 90km 위 전리층에서 75km 아래에 위치한 뇌운의 지붕 지점으로 최대 1/30C (광속의 1/30, 약 1만 km/s)의 속도로 떨어진다는 것이 밝혀져 있다. 보통 크기는 가로 40km, 세로로 70km의 크기이며 마치 해파리와 비슷한 모양을 띄고 있다. 발생 원리는 음전하를 띄는 뇌운으로 전리층 상층부의 양전하가 급격히 쏟아져 내려오며 주변의 산소를 때리고 들뜬 산소에 의해 붉은 빛이 나오는 것이다.
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| <colcolor=#000,#ddd> 레드 스프라이트를 촬영한 비디오. 지상의 번개와 마찬가지로 매우 잠깐 동안만 빛나고 사라진다. |
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| 우주에서 목격한 레드 스프라이트. 번개 위로 붉은 꽃다발 같은 레드 스프라이트의 모습이 보인다. |
기상학자들이나 폭풍 추격대 등이 산발적으로 보고한 바에 따르면, 기존의 분류에 속하지 않은 새로운 종류의 상층대기 번개가 레드 스프라이트에 동반된다고 한다. 이들은 레드 스프라이트가 발생한 직후 아주 짧은 순간 동안 그 꼭대기에서 녹색의 잔여 후광(afterglow)이 남았다가 사라지는 현상을 발견했는데,# 이후의 추가적인 관찰에 따르면 아마도 상층 대기에서 나타나는 일종의 녹색 오로라 같은 것일 수 있다는 가설이 세워진 상태.# 사진가들은 이를 그린 고스트(green ghost)라고 부르고 있다.
관찰이 이어지면서 거꾸로 위아래가 뒤집힌 레드 스프라이트도 촬영된다.
2016년에는 허리케인 매튜에서 스프라이트가 관찰되었다. 열대저기압 내부에서 스프라이트의 역할은 알려져 있지 않다.
2.2. 제트
제트는 성층권에서 나타나는 번개로 하늘을 향한 바늘 모양을 하고 있다.2.2.1. 블루 제트
성층권에서 나타나는 푸른 색의 상층대기 번개로, 1989년에 발견되었다. 성층권을 나는 비행기에게 위협적인 상층대기 번개가 바로 블루 제트이다. 지상번개와 동시에 치는 스프라이트와는 다르게 지상번개 유무와 상관없이 일어난다.| |
한편, 크기가 블루 제트보다 작고 지속시간도 더 짧은 '노움(GNOME)'도 있다.
2.2.2. 자이언트 제트
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| 항공기에서 촬영된 자이언트 제트. | 2017년 제미니천문대 자동 카메라에 의해 촬영된 자이언트 제트. |
윗부분이 빨간색인 상층대기 번개로, 윗 부분은 레드 스프라이트, 아랫부분은 블루 제트와 유사한 형태를 띈다. 규모가 크고 광범위하며, 블루 제트와 마찬가지로 성층권을 나는 항공기에 위협을 줄 수 있다.
2.3. 엘브스
엘브스(ELVES)는 '전자기 펄스 발생원에 의한 빛 방출 및 초장파 섭동'(emission of light and very low frequency perturbations due to electromagnetic pulse sources)의 약자로, 1990년, 우주왕복선인 디스커버리에 의해 발견. 열권에서 1밀리초 동안 지속되는 지름 수백 km의 고리 모양으로 나타난다.| |
2023년 3월 27일, 이탈리아의 베네토에서 Valter Binotto라는 사진작가가 매우 짧은 순간 발생한 엘브스를 선명하게 촬영하는 데 성공했다.
3. 언어별 명칭
| <colbgcolor=#f5f5f5,#2d2f34> 언어별 명칭 | |
| 한국어 | 메가번개, 상층대기 번개,[2] 전리층 번개 |
| 스페인어 | Descarga súper-atmosférica |
| 아랍어 | برق الغلاف الجوي العلوي(Barq alghilaf aljawiyi aleulwii) |
| 영어 | Upper-atmospheric lightning Transient Luminous Events (TLEs) |
| 이탈리아어 | Getto blu |
| 일본어 | [ruby(超高層雷放電, ruby=ちょうこうそうかみなりほうでん)](Chō kōsō kaminari hōden) |
| 중국어 | 中高层大气放电 |
| 포르투갈어 | Evento luminoso transiente |
| 프랑스어 | Phénomène lumineux transitoire |
4. 여담
- 2013년 인터넷 신문(네이버 뉴스)에도 실렸다. 매우 선명하게 찍힌 스프라이트인데, 영단어 "Sprite"가 요정을 의미한다는 점에서 기자는 그냥 "요정번개"라고 대충 번역해 버렸다. '엘브스'와 같이 생각해본다면 애당초 요정을 염두에 두고 지었을 작명이었을지도.
위 영상이 ISS에서 엘브스와 블루 제트가 관찰된 영상이라고 인터넷에 돌아다니고 있지만, 영상 설명에도 나오듯이 실제 영상에 예술가의 상상으로(Artist impression) 합성한 것이다. 실제 엘브스는 이보다 훨씬 짧은 시간 지속되어, 관측이나 촬영이 어렵다.
[1] 한국에서는 2000년대 초 외신 번역 기사 등에서 '붉은 정령', '빨간 요정' 등으로 번역하기도 했으며, 중국어 명칭도 '红色精灵(홍색정령)'이다.[2] 대한민국 기상청 공식 명칭.