우주정거장에서 내려다본 구름위 번개 섬광

덴마크 ISS우주인과 지상연구진 협업, 상층대기 번개 현상 촬영

‘블루 제트, 스프라이트 섬광들 대기-우주 상호작용 이해 도움


00upperatmoslight2.jpg » 국제우주정거장에서 내려다본 지구 대기의 번개. 왼쪽과 아래쪽에 우주선 선체의 모습이 보인다. 출처/ ESA/NASA/RISS/DTU


은 폭풍 구름이 몰려오고 천지를 울리는 천둥과 함께 번개가 내려친다. 천둥번개가 요란한 구름 아래와는 또 다른 번개 섬광들이 구름 위쪽의 상층 대기에서도 펼쳐진다. 상층 대기의 거대한 번개 섬광을 국제우주정거장에서 촬영해 비교적 자세히 담은 동영상이 공개됐다.


미국물리학회(APS)의 뉴스 사이트인 <피직스>(physics.aps.org)의 최근 보도를 보면, 지난 12월 미국 샌프란시스코에서 열린 미국지구물리연맹(AGU)의 학술회에서 덴마크 기술대학교, 국립우주연구소 등의 연구진은 국제우주정거장(ISS)의 우주인이 직접 촬영한 지구 상층 대기의 번개 현상 동영상과 관측 결과를 발표했다.


유투브에 일찌감치 발표된 일부 동영상(아래)은 지상 400km 고도에 있는 국제우주정거장(ISS)에서 머물던 덴마크 우주인(Andreas Mogensen)이 지난 2015년 9월 8일 한밤중에 인도 동부의 상층 대기에서 일어난 번개 현상을 촬영한 것이다. 국제우주정거장은 지구 저궤도에 속하는 400 km 고도에서 시속 2만 7743 km의 속도로 날마다 지구를 15.7 바퀴씩 돌고 있다. (위키백과 참조)


[ 덴마크 우주인이 촬영한 상층 대기 번개 https://youtu.be/dY5F_gEexAY]


[ 영국 우주인이 촬영한 상층 대기 번개 https://youtu.be/diZQGUhuDss]


영상에서 거대 섬광들은 지상에서 관측되는 보통 번개보다 훨씬 짧은 순간에 밝아졌다가 사라졌으며, 그런 짧은 섬광들은 영상 내내 이어졌다. 덴마크 연구진은 유투브 동영상에 붙인 소개 글에서 영상에는 “최대 50 km 고도에서 일어나는 ‘블루 제트(Blue jet)’와 60-80 km 고도에서 일어나는 ‘레드 스프라이트(Red Sprite)’ 섬광들이 담겼다”고 말했다.


☞ 상층 대기 번개: 블루 제트, 스프라이트
  번개는 구름과 구름, 구름과 대지 사이에서 일어나지만, 구름 위쪽의 상층 대기에서도 번개 현상이 일어난다. 상층 대기의 번개는 일반 번개에 비해 규모가 거대하기 때문에 ’메가번개(Megalightning)’라고도 불린다. 구름 아래에서는 관측하기 어렵고 매우 짧은 시간에 일어나기 때문에 상층 대기 번개에 관해서는 1980년대 후반에 처음 정식 관측기록이 제시될 정도로 많이 연구되지 못했으나, 몇 가지 대표적인 번개 현상들이 관측되어 왔다.
  상층 대기에서 일어나는 번개와 섬광에는, 대표적으로 ‘스프라이트(Sprite)’와 ‘블루 제트(Blue jet)’가 있다. ‘스프라이트’는 번개가 칠 때 이와 연계되어 상층 대기에서 일어나는 이차적인 거대 섬광 현상으로, 대체로 붉은 빛을 띠어 ‘레드 스프라이트’로도 불린다. 거대 규모의 방전 현상으로 이해되며 지상 50-90 km 고도에서 일어난다. ‘블루 제트’는 뇌운 위쪽의 적란운 상층에서 가늘고 긴 모양을 하고서 전리층(Ionosphere)인 고도 40-50 km까지 뻗어 오르는 섬광으로 파란 빛을 띤다.
[참조: 위키미디어]

Upperatmoslight1.jpg » 그림에서 흡사 붉은 빛의 해파리 모양을 한 거대한 섬광이 스프라이트(Sprite)이며, 가늘고 길게 위쪽으로 뿜어지는 파란 섬광이 '블루 제트(Blue Jet)'이다. 거대한 원반 고리 모양을 한 '엘프(Elf)' 섬광도 있다. 고도별로, 맨아래부터 대류권(Troposphere), 성층권(stratosphere), 중간권(Mesosphere), 열권(Thermosphere)이 표시되어 있다. 출처/ Wikipedia.org


이 촬영은 지상과 우주의 협업을 통해 이루어졌다고 한다. 덴마크 기술대학교(DTU), 국립우주연구소 등의 지상 연구진이 관측 자료와 소프트웨어를 이용해 상층 대기의 번개 현상이 언제 어디에서 일어날 것을 예측하고, 이런 예측 정보를 바탕으로 우주정거장에 10일 동안 머물고 있던 우주인이 상층 대기 번개가 일어나는 순간을 촬영할 수 있었다는 것이다. 협업 관측에는 북유럽 신화에서 천둥의 신으로 등장하는 ‘토르’의 이름을 따 ‘토르 실험(THOR expriment)’이라는 이름이 붙었다.


상층 대기 번개의 관측과 촬영은 이전에도 국제우주정거장이나 지구 관측 위성에 의해 이루어졌으나, 이번처럼 자세히 관측된 건 처음이라고 <피직스>는 보도했다. 보도에서 덴마크 연구진은 “이런 식의 관측은 이번이 처음”이라며 “토르 실험의 성공은 유럽우주국(ESA)의 ‘번개 폭풍 영상 관측 프로젝트’로 이어질 것”이라고 말했다. 유럽우주국은 2017년부터 번개 폭풍에서 나오는 엑스선, 감마선을 국제우주정거장(ISS)에서 관측하며 그것이 상층 대기에 끼치는 영향을 조사하는 ‘대기-우주 상호작용 모니터’ 프로젝트를 2년 동안 시행한다고 <피직스>는 전했다.


오철우 기자 cheolwoo@hani.co.kr   

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오철우 한겨레신문사 과학담당 기자, 사이언스온 운영
1990년 한겨레신문사에 입사해 편집부, 사회부, 문화부, 생활과학부 등을 거쳤으며 주로 과학담당 기자로 일했다. <과학의 수사학>, <과학의 언어>, <온도계의 철학> 등을 번역했으며, <갈릴레오의 두 우주체제에 관한 대화>를 썼다.
이메일 : cheolwoo@hani.co.kr      

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