번개 발생의 원리는? (1)

번개 발생의 원리는?

 번개의 짜임새와 구조는 매우 복잡하다. 당연한 이야기이지만, 번개가 생기려면 전기원이 있어야 하는데 뇌우가 바로 그것이다. 뇌우는 축전기 역할을 하는 구름을 머금고 있다. 구름의 상부는 양전하를, 그리고 뇌우는 음전하를 띤다. 과학자들은 이러한 전기를 띠는 대전 현상을 구름이 온도 차이로 서로 충돌하면서 구름 속 입자와 전자가 상호 교환되는 결과로 생각하고 있지만, 명확한 메커니즘에 대해서는 아직 논란이 있다. 양전하를 띤 구름 상부와 음전하를 띤 하부 간의 차이가 커지면서 전기장이 형성된다. 구름 속에서 전기적 부하가 생성되면, 바로 아래쪽 지상의 물체는 물론 지표면에도 영향을 미치게 된다. 구름 하부의 음 전기장은 지표의 음전하를 밀쳐 내기 때문에 폭풍이 지나는 지표에 양전하를 형성한다. 이러한 전기장이 점차 강하게 발달함에 따라 구름과 지표면 사이에 존재하는 공기가 이온화된다. 공기 분자들이 전자와 양전하 이온으로 분리되면서 플라스마 상태로 전환된다. 이 플라스마는 구름과 바로 아래쪽 지표면 간을 잇는 전도체로 작용하게 된다. 

 다음으로는, 구름으로부터 '계단형 선도'가 내려와 번개의 전조 현상을 형성한다. 이것은 곧 번갯불이 흘러갈 가장 좋은 방향을 찾기 위해 구름이 내보내는 일종의 게이지 역할을 하는 이온화된 경로와 전자들의 연결로 생각하면 된다. 때때로 이것들은 희미한 자주색 선으로 눈에 띄기도 한다. 계단형 선도가 바깥쪽으로 탐지 신호를 내보냄에 따라 양전하로 대전된 지표면 또는 다른 대상물도 위쪽으로 게이지를 펼쳐 반응한다. '포지티브 스트리머'로 불리는 이러한 계량 게이지가 항상 계단형 선도와 연결되는 것은 아니지만, 일단 연결 회로를 이루면 불꽃 현상이 시작된다. 포지티브 스트리머는 사람을 비롯한 어떤 생물체 또는 무생물체로부터도 발생할 수 있다. 철로를 완성하는 철로 기술자처럼, 우선 선로의 양 끝이 이어질 때 열차가 달릴 수 있다. 이것이 번갯불의 원리, 즉 자연에서 구름과 지표면 간의 부화를 중화시키고자 하는 힘의 결과로 발생하는 에너지 폭발 현상이다.