과학자들은 구름에서 번개가 형성되는 신비를 풀었습니다.

벤저민 프랭클린이 번개와 전기의 연관성을 발견한 지 270년이 넘은 지금, 뇌우 구름에서 번개가 형성되는 원리에 대한 가장 큰 미스터리가 마침내 풀렸습니다.

번개는 우리가 생각했던 것과는 다른 방식으로 발생할 수도 있다 - 사진: AI

대기 물리학에서 획기적인 새로운 발견은 번개가 단순한 뇌우의 결과가 아니라는 것을 시사합니다. 오히려 "핀볼 머신" 효과와 유사한 강력한 연쇄 반응이 대기 중에 작용하여 번개를 유발하는 핵심 요인일 수 있습니다.

번개는 공기를 최대 섭씨 27,000도까지 가열할 수 있는 친숙한 현상이지만, 이는 태양 표면 온도의 5배에 해당합니다. 하지만 과학자들은 아직 구름 내부에서 번개가 발생하는 과정을 완전히 이해하지 못했습니다.

미국 지구물리학 연합 에 새롭게 게재된 논문에서, 빅터 파스코 교수와 박사과정생 자이드 페르베즈(펜실베이니아 주립대학교, 미국)가 이끄는 국제 연구팀은 이 현상에 대한 정확하고 정량적인 설명을 처음으로 제시했습니다.

"이번 발견은 자연에서 번개가 어떻게 시작되는지에 대한 최초의 명확하고 측정 가능한 설명을 제공합니다."라고 파스코는 말했다. "이 발견은 X선과 전기장의 요소들을 '전자 사태'라는 물리학과 연결해 줍니다."

연구팀에 따르면, 번개가 발생하는 과정은 뇌운 속의 보이지 않는 핀볼 머신과 유사합니다. 구체적으로, 뇌운 속의 매우 강한 전기장은 자유 전자를 가속시켜 질소나 산소와 같은 기체 분자와 격렬하게 충돌하게 합니다.

이러한 충돌은 빛의 기본 구성 요소인 X선과 고에너지 광자를 생성합니다. 이 광자는 광전 효과를 통해 새로운 전자를 방출하여 "상대론적 전자 사태"라고 알려진 연쇄 반응을 일으킵니다.

이 과정이 일정 수준에 도달하면 번개가 형성됩니다.

연구팀은 일반적인 번개를 설명하는 데 그치지 않고, 더욱 이해하기 어려운 현상인 '검은 번개' 또는 지구 감마선 섬광에 대한 이해도 확대했습니다.

이러한 폭발은 고에너지 X선 폭발이지만 빛이나 전파를 동반하지 않아 육안이나 기상 레이더로는 거의 "보이지 않습니다".

연구팀은 상세한 물리 시뮬레이션을 바탕으로, 적절한 조건 하에서 전자 눈사태로 생성된 고에너지 X선이 공기 중 광전 효과를 통해 새로운 전자를 계속 생성할 수 있다고 제안합니다. 이 과정은 매우 빠르게 진행되어 강력한 자기 증폭 연쇄 반응을 형성하지만, 뚜렷한 빛이나 뚜렷한 무선 신호를 방출하지는 않습니다.

이는 과학자들이 수년간 의아해했던 현상을 설명합니다. 즉, 일부 구름 영역이 겉보기에 매우 어둡고 고요해 보여도 왜 고에너지 감마선을 생성할 수 있는지에 대한 것입니다.

이 발견은 기상학의 가장 오래된 미스터리 중 하나를 해결할 뿐만 아니라, 미래에 더 정확한 번개 경고, 항공기와 위성에 대한 번개의 영향에 대한 더 나은 이해, 기후 변화에 직면한 극한 기상 예보 모델의 추가적인 개선 등 중요한 응용 분야의 문을 열어줍니다.

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민하이

출처: https://tuoitre.vn/cac-nha-khoa-hoc-giai-ma-bi-an-set-hinh-thanh-tu-may-20250730165942529.htm