번개에 대해알아보자

번개는 구름과 구름, 구름과 지표면 사이에서 공중 전기의 방전이 일어나 만들어진 불꽃이다. 전정이라고도 한다.
기상현상 중 하나다. 이 중 구름과 지표면 사이에서 발생한 번개를 벼락 혹은 낙뢰라고 한다. 즉, 위 사진은 엄밀히 말하면 낙뢰를 찍은 것이다. 번개가 치면 공기의 파열음이 들리는데, 이를 천둥 또는 우레라 부른다.

번개는 대기의 질소를 땅으로 환원시키는 질소고정 메커니즘의 중요한 요인이다. 번개가 자주 치면 질소가 환원되는 양이 늘어나서 지력(地力)이 올라가기 때문이다.

번개가 내리치는 속도(음전하가 지상으로 내리 꽂히는 속도)를 뇌속(雷速)이라 부르는데, 일반적으로 시속 약 3억 6천만 km, 초속으론 약 10만 km이다.

번개는 아래의 초고속카메라 영상처럼 위에서부터 내려오는데 이 내려오는 것의 가장 끝부분을 중심으로 반경 60 m짜리 구를 그리고 이 구에서 가장 중심에 가까운 부분에 친다. 만약 구 안에 아무것도 없으면 무작위적인 방향으로 진행한다.

 

번개 형성원리

발달한 적란운이 비나 눈[]을 쏟아낸다.

비가 안 오더라도 공기 중에 가득한 습기로 인해 번개가 칠 수 있다. 이를 마른뇌전(마른 하늘에 날벼락, 청천벽력; a bolt from the blue)이라고도 부른다.

빗방울이 상승기류로 인해 파열되고, 파열된 빗방울은 양전하를 띠게 된다. 양전하는 주변 공기를 들뜨게 만들어 음전하를 띠는 플라즈마 상태로 만든다. 빗방울이 아래로 떨어지며 파열하기 때문에, 이 음전하를 띠는 공기도 지상으로 퍼져간다. 이렇게 형성된 대량의 양전하와 음전하가 전자를 주고받으며 대량의 전기를 만든다.

이 전기로부터 전자기파(가시광선)가 뿜어지는데, 이것이 우리가 눈으로 보게 되는 번개다.

이 전기로 인해 주변 공기가 순식간에 뜨거워지며 팽창(폭발)하는데, 이때 들리는 폭발 소리가 바로 천둥이다.

그리고 하늘에서 지상으로 전자가 내리꽂힌 뒤에 꽂힌 길을 따라 지상에 있던 양전하를 띈 입자[]가 구름으로 치고 올라가는 되돌이 뇌격(Return Stroke)이 일어난다. 되돌이 뇌격은 번개가 내려오고 1/1000초 만에 일어나기에 연속적인 섬광으로 보이게 된다.

번개의 약 80.5%는 뇌운에서 다른 뇌운으로 치는 것이라고 한다. 이 경우 번개 볼트 자체는 보이지 않지만, 위의 GIF 애니메이션처럼 구름의 일부가 번쩍거리는 모습을 볼 수 있다. 이 영상은 거대한 슈퍼셀이 발달하면서 격렬하게 번개가 치는 모습을 빨리감기로 촬영한 것이다.[] 이런 번개들까지 따지면 실제로 구름에서 치는 번개는 상당히 많아진다. 사실상 대부분의 번개가 다 이와 같은 것들. 전체의 약 1%에 해당하는 일부 번개는 지상에서 하늘 방향으로 거꾸로 치는데, 이를 정극성 낙뢰라고 한다. 거꾸로 치는 번개가 한꺼번에 14개가 동시에 치는 희귀한 영상이 잡힌 적도 있다.

그리고 번개가 치는 날, 뾰족한 도체에서 붉은색 또는 파란색(보라색) 방전이 하늘로 향해 일어나는 것을 목격했다면 그 자리에서 피하는 것이 좋다. 이 방전은 코로나 방전으로, 번개가 치는 적란운에 들어가기 직전에 전계강도의 벡터방향이 바뀌면서 전기장의 극이 바뀌어 도체 끝에 전하가 집중되기 시작하는 현상이기 때문이다. 즉, 곧이어 그 자리에 뇌격이 있을 확실한 표지이다. 하지만, 과거 대항해시대 때의 선원들은 이 불꽃을 보고 '세인트 엘모의 불'이라고 부르고, 성자 에라스무스께서 자신들의 앞길을 밝혀주는 등불이라 여기며 길조라고 생각해 감격해 마지 않았다고 한다. 그 외에도 번개를 맞기 쉬운 환경에서 머리카락이 선 것을 알게 되면 바로 대피할 곳을 찾아가고, 그게 여의치 않으면 자세를 낮추어야 한다. 이 현상도 번개가 떨어지기 직전이라는 것을 알려주는 표시이기 때문이다.

번개의 원리를 설명하는 영상. 구름에서 지상으로 내리꽂히는 번개를 양전하와 음전하로 구분하고 있다. 육안으로 구분하자면, 별다른 가지치기 없이 말끔한 모양으로 한방 쾅 하고 눈부시게 내리꽂히는 번개는 (＋), 복잡한 모양으로 퍼져나가면서 지상에 꽂히고도 한동안 계속 반짝거리기를 반복하는 희미한 번개는 (－)라고 할 수 있다. 발생 빈도는 전자가 대략 15~20% 정도로 더 드물다고 하지만, 후자에 비해서 훨씬 더 강력하다고 한다. 이 영상에 따르면 다양한 번개 관련 현상들을 전하의 관점에서 대부분 설명할 수 있다. 예컨대, 지표의 이쪽에서 뇌격이 떨어져 전하가 충전되면 저쪽에서 번개가 구름을 향해 거꾸로 치는 일도 얼마든지 가능하며, 가로로 치는 번개 역시 어딘가에 뇌격이 떨어지면서 구름에 전하가 충전됨에 따라 수평으로 확 퍼져나가는 현상이라는 것.

번개 종류

그림에서 보듯이 번개의 종류 중에는 구름 아래로 치는 번개와 위로 치는 번개가 있다. 구름 위로 치는 번개를 상층대기 번개라고 하는데, 일반 번개보다 그 규모가 훨씬 크다.

지그재그로 뻗어 내려오는 형태가 대표적이긴 하지만, 구형의 번개도 있다. 이것이 구형번개, 혹은 구전현상이다. 워낙 드문 현상이라 구체적인 형성 과정은 불분명했으나 2014년 중국연구팀이 원인 규명에 성공했다. 자세한 내용은 해당 문서를 참조.

그리고 과학자들에 의하여 번개가 치기 직전에 전파와 감마선이 폭발적으로 방출되는 어두운 번개(Dark Lightning) 현상이 존재함이 밝혀졌다. 

한편, 화산쇄설물을 기반으로 하는 폭발적인 화산 분출에서도 번개가 발생하며, 이를 화산성 번개라고 한다. 화산재 등과의 마찰, 전하차이 유발 등의 메커니즘이 고려되고 있으나, 현재까지도 정확한 기작은 알려져 있지 않은 상태로, 다양한 방면에서 연구하고 있다.

그리고 강력한 지진시에 드문 빈도로 나타난다는 지진광도 번개와 같은 기작이라고 설명하는 경우도 있다.

번개 색상

번개에도 고유의 색상이 있다. 흔히 많이 보이는 건 파란색과 보라색이다. 번개의 색상은 주변 환경이나 날씨에 따라 다르다. 

파란색: 태양의 복사와 대기의 산란광으로 인해 발생하는 색으로 높은 강수량이나 우박 등을 동반한 폭풍과 함께 발생하는 경우가 많다.

보라색: 대기의 습도가 상당히 높은 상태에서 발생하며, 대개 폭우가 동반되는 경우가 많으며 평균적으로 대기의 습도가 높은 열대지방에서 자주 보인다.

노란색: 자주 보이지 않는 색이며 대기가 건조하거나 먼지가 많을 때 발생한다. 즉, 비가 오지 않는 경우에 나타날 수 있다.
흰색: 대기중 습도가 낮으며, 먼지가 많을 경우 발생하는 색이며 가장 온도가 높은 번개로 알려져 있기 때문에 가장 위험하기도 하다. 마찬가지로 비가 오지 않는 상황에서 나타날 수 있다.

붉은번개도 있다.

초록색: 일반적인 상황에서는 볼 수 없고 화산폭발로 인한 번개에서 관찰된다. 화산재 성분으로 인해 초록색을 띈다.

번개에 맞는다면

천둥은 소리만 무섭게 울릴 뿐인 속 빈 껍데기 같은 현상으로, 소음으로 인한 간접적인 피해가 어쩌다 생길지는 몰라도 자체적인 파괴력은 없다. 하지만 번개는 다르다.

물에 빠져 사망한 것을 익사, 불에 타 사망한 것을 소사, 분사라고 부르는 것처럼 번개에 맞아 사망한 것을 진사(震死)라고 부른다. 2011년 기준으로 미국에서 번개에 맞아 사망한 사람의 수는 200여명으로 (#) 생각보다 많은 편. 번개가 번쩍이고 나서 3초 이내에 천둥 소리가 들리면 번개를 맞을 확률이 높아지니 안전한 곳으로 피해야 한다. 번개가 친 곳이 자신의 위치로부터 반경 1km 이내이기 때문이다(음속 : 340m/s). 피할 시간이 마땅치 않으면 웅크리고 앉아 있어야 번개를 맞을 확률이 줄어든다. 다만 번개가 침과 동시에 소리가 났다면 그건 지금 이 글을 본 사용자 일대에 번개가 쳤다는 것으로 맞지 않은 걸 감사해야한다.

일반적으로 금속은 전기가 잘 통하니까 금속 물질을 가지고 있으면 번개에 맞을 확률이 높아질 거라 생각하는데, 그렇지 않다. 번개에 맞을 확률을 결정하는 건 높이이며 재질은 전혀 상관이 없다. 당장 주변에서 보이는 사물 중 부도체인 나무가 번개에 곧잘 맞아 죽는 것만 봐도 알 수 있다

또한 번개가 치는 동안 자동차 안에 있는 것은 벙커와 같은 효과를 내며, 자동차가 번개에 맞더라도 대체로 무사하다. 자동차 전체가 패러데이 케이지 같은 역할을 하기 때문이다. 단, 자동차의 모든 창문을 꼭 닫고, 번개가 치는 동안 창문 유리에 손을 대면 안 된다. 시동도 켜면 안 되는데, 스파크가 튀어 엔진 속 기름을 건드릴 수 있기 때문이다. 영상은 움직이는 자동차에 번개가 무려 4번이나 치는 상황으로, 시동이 켜져 있었으나 번개에 맞고 시동이 꺼지기만 하고 극적으로 아무 일 없이 일가족 5명도 무사했다고 한다.

그리고 번개가 떨어질 때 그 전류를 안전한 곳에 흘려주지 않으면 건물에도 피해를 줄 수 있기 때문에 높은 건물은 반드시 피뢰침을 설치해야 한다.

그럼에도 번개를 맞고도 살아남을 확률은 크다. 감전 사고와는 달리 전류가 흐르는 시간이 극히 짧고, 전류가 심장만 통과하지 않으면 되기 때문. 대신 역시나 전류를 사용하는 신경계의 손상은 각오해야 한다. 운 좋게 손상이 없어도 번개를 맞고 살아난 사람의 경우 살결을 따라 리히텐베르크 도형대로 흉터가 남기기도 한다.[] 번개 맞은 사람의 리히텐베르크 도형

살아있는 동안 번개를 가장 많이 맞은 사람으로 기네스북에 오른 사람은 미국 산림경비원인 로이 설리번(Roy Cleveland Sullivan, 1912~1983)인데, 평생에 걸쳐 7번의 번개를 맞았다. 이 사람의 경우 차 안이나 집 안에 있다가 맞기도 했고 기구하게도 하늘에 구름이 끼길래 번개 맞을까봐 차 타고 한참 도망간 후 차에서 내리자마자 맞기도 했다. 놀라운 점은 번개를 그렇게나 맞고도 건강에는 아무 이상이 없었으며 사인도 번개와는 아무 연관도 없는 권총 자살이었다. 

국내에서는 번개를 연속으로 2번이나 맞고 생존한 사람이 있다.[] 군 생활 당시 경계근무 도중 번개를 맞고 기절한 뒤 깨어나 초소에 설치된 전화로 보고하던 중 또 번개를 맞고 기절했다고. 'TV 특종 놀라운 세상'에도 출연했다. 건강에 별 이상은 없는데, 초소의 전화선이 전기를 지면으로 흘려줘 생존할 수 있었다고 한다. 심지어 이 영상에 나온 사람도 연속 2회 타격을 당했는데 피뢰침 작용도 없는 상황에서 벼락 한 번 맞고 기절했다가 멀쩡히 일어나 다시 갈 길을 가려는데 정신 차린지 1분도 안 지나 또 벼락에 맞고 다시 기절했다가 놀랍게도 또 살아나 다시 갈 길을 갔다. 그리고 서울 소재 한 고등학교에서 점심시간에 운동장에 번개가 떨어져 학생이 맞은 경우도 있었다. 또 한 견인포병도 포신 위에 있다가 번개가 포에 맞았음에도 불구하고 멀쩡히 살아남은 경우가 있다. 포신이 땅에 박혀 있었기 때문에 살아남은 것.

또다른 해괴한 사례로 영국군 소령이던 월터 섬머퍼드(Walter Summerford)가 있다. 그는 무려 살아서 3번, 심지어 죽어서도 번개에 맞았다. 첫번째로 1918년 1차대전 당시 플랑드르 전선에서 번개에 맞아 하반신 마비가 되었다 몇 개월 후 회복되었고, 군을 떠난 뒤로 캐나다로 이민을 가게 된다. 그 후 1924년 캐나다에서도 번개에 맞아 우반신이 마비되었고, 2년 후에 기적적으로 다시 회복되었지만 1930년 또 번개에 맞아 전신마비가 되었고, 2년 간의 투병 끝에 이번에는 회복하지 못하고 1932년 결국 세상을 떠나고 만다. 그 후 4년 뒤 마지막으로 그의 무덤에까지 벼락이 내려쳐 비석이 부서지는 것으로 평생을 걸쳐 3번 거기에 죽어서까지 번개에 맞은 기록을 세웠다.

그밖에 이탈리아에서는 3대에 걸쳐 번개에 맞아 죽은 해괴한 기록도 있다. 이래서인지 이 집안 남자들은 번개가 치는 날에는 절대로 집 바깥으로 나오지 않는다고 한다. 그리고 미국에서는 한 여성이 4번 재혼했는데 남편 4명 모두가 번개에 맞아 죽은 해괴한 기록도 있다. 이러니 경찰이 보험금이라도 타낼려고 일부러 번개에 맞아 죽게한 거 아닐까하여 정밀조사했으나 전혀 그런 혐의를 찾을 수 없었고 그 여성은 남성들이 알아서 피해다니며 남은 일생은 홀로 살아야 했다. 위에 4가지 번개에 관련된 이야기 출처는 《우연의 일치-신의 비밀인가? 인간의 확률인가?》라는 책자에 나온 사례이다.

1998년 10월에 아프리카 콩고민주공화국에서는 콩고민주공화국 축구 팀 번개 몰살 사건이 벌어져 팀 전원 11명이 죽는 참극이 벌어졌다. 이건 번개가 하늘에서 직격으로 떨어진 게 아니라 번개가 떨어진 이후 땅을 타고 옆으로 번지면서 벌어진 사건이다. 실제로 그라운드에는 양팀 선수 22명과 심판까지 총합 23명이 있었는데 원정팀 선수들만 전원 사망했고 홈팀 선수들과 심판은 전혀 부상조차 안입었는데 그 이유인 즉 축구화 접지 때문이었다. 원정팀 선수 11명만 금속 접지로 된 축구화를 신었고 홈팀 선수들과 주심 등 나머지 12명은 플라스틱 접지로 된 축구화를 신었다. 이 사고 결과 금속 접지로 만든 축구화가 퇴출되고 현재까지 축구화는 100% 플라스틱 접지로 된 축구화만 생산되고 있다.

동물도 멀쩡히 지나가다 날벼락 맞고 죽는 경우도 있다. 특히 순록이 무려 3백여 마리가 전멸당한 보도가 인상적. 죽은 사슴은 신경성 전염병 연구에 활용된다고 한다.

1967년 8월 일본에서 일어난 니시호타카타케 낙뢰 사고는 한 번에 사상자가 무려 24명[]이나 발생한 초유의 사례로, 당시 일본 사회를 경악하게 했다. 1975년 짐바브웨에선 번개 한번에 21명이 사망 하는 사고가 있었다