번개 칠 때 우주 에서 는 색다른 게 관측 된다 - 이웃집 과학자 
 번개 칠 때 우주 에서 는 색다른 게 관측 된다 
 승인 2020 . 06 . 17 14 : 30 
 천둥 과 번개 를 동반 한 폭풍우 와 뇌우 는 전 세계 에 걸쳐 발생 합니다 . 주로 여름철 에 발생 하 는데요 . 여름 에 는 습도 도 높 고 지면 과 대기 의 온도 차 가 큰 탓 에 대기 가 불 안정 하 기 때문 입니다 . 이 때문 에 벼락 을 발생 시키 는 비구름 , 이른바 번개 구름 이 쉽 게 만들 어 집니다 . 이렇게 흔히 발생 하 는 번개 이 지만 , 놀라운 점 은 번개 에 대해 과학자 들 이 아 는 바 가 많 지 않 다는 거 죠 . 왜냐하면 번개 를 연구 하 는 것 이 어렵 기 때문 인데요 . 번개 가 언제 어디 에서 칠지 예측 할 수 없 기 때문 입니다 . 번개 는 위험 하 기 도 하 죠 . 
 이웃 님 들 도 먹구름 에서 땅 으로 내려치 는 번개 를 본 적 있 으실 겁니다 . 하늘 에서 땅 으로 이어지 는 번개 를 보 고 있 자면 경외 로운 느낌 마저 들 기 도 합니다 . 그런데 , 이 번 쩍 하 는 번개 의 가장 강력 한 활동 은 지구 의 초고층 대기 에서 발생 하 고 있 었 습니다 . 
 국제 우주 정거장 에서 번개 매 커 니즘 을 밝히 다 
 구름 속 에서 치 는 번개 출처 : ESA 
 초고층 대기 에서 는 지구 상 에서 자연 적 으로 만들 어 질 수 있 는 가장 고 에너지 인 감마선 의 순간 적 인 폭발 을 일으켰 는데요 . 연 구진 들 은 최근 국제 우주 정거장 ( ISS ) 의 기기 를 사용 해 고 에너지 의 지구 감마선폭발 ( terrestrial gamma - ray flashes , TGFs ) 을 측정 했 습니다 . ASIM 은 TGF 외 에 도 상층부 에서 강력 한 번개 가 일어나 는 현상 인 메가 번개 ( transient luminous events , TLE ) 도 기록 했 다고 하 는데요 . 
 폭풍 사냥 꾼 스톰 헌터 ! 출처 : ESA 
 지구 감마선 폭발 ( TGFs ) 를 관측 한 기기 는 대기 - 우주 간 상호 작용 감시 시스템 ( Atmosphere - Space Interactions Monitor , ASIM ) 인데요 . 이 기기 는 우주 정거장 외부 에 있 는 유럽 우주국 ( ESA ) 의 지구 관측 시설 입니다 . 주로 뇌우 와 지구 대기 및 기후 의 역할 을 연구 하 는 데 사용 되 는데요 . 
 ASIM 에 는 친근 하 게 도 별명 이 있 습니다 . 우주 폭풍 사냥 꾼 이 라는 뜻 의 ' 스페이스 스톰 헌터 ( Space storm hunter ) ', 줄여서 ' 스톰 헌터 ' 라고도 불립니다 . 스톰 헌터 는 천둥 · 번개 를 동반 한 비구름 속 번개 를 찾 는 시스템 이 며 , 광학 카메라 , 광도계 및 X 선 · 감마선 탐지기 를 포함 합니다 . 
 ' 스페이스 스톰 헌터 ( Space storm hunter ) '. 출처 : NASA 
 ASIM 은 최근 < Science > 에 게재 된 연구 에서 TGF 를 생성 하 는 사건 의 순서 를 결정 하 는 데 도움 이 됐 다고 합니다 . 이번 연구 는 우리 가 번개 라고 부르 는 밝 은 섬광 이 만들 어 지 는 매 커 니즘 을 밝히 는데 도움 이 된 것 같 습니다 . 
 이번 연구 의 주요 저자 이 자 덴마크 공대 국립 우주 연구소 ( National Space Institute , Technical University of Denmark ) 의 Torsten Neubert 는 " ASIM 을 통해 우리 는 어떻게 대기 와 구름 이 난로 위 의 스튜 냄비 처럼 거품 이 이 는지 볼 수 있 었 다 " 며 " 대류 는 습도 , 먼지 , 다른 입자 들 을 지구 의 복사 균형 에 영향 을 미치 는 초고층 대기 로 가져온다 " 고 설명 합니다 . 이어 " 번개 는 대류 의 척도 로 날씨 와 기후 모델 에 포함 시키 기 에 비교 적 간단 할 수 있 다 " 고 덧붙 입니다 . 
 번개 의 속 을 들여다보 다 
 번개 는 구름 안 에서 또는 구름 과 지면 사이 에서 일어나 는 방전 현상 입니다 . 구름 의 전 하 는 대류 에 의해 움직이 는데요 . 높 은 곳 으로 운반 되 는 가벼운 얼음 입자 와 중력 으로 아래 로 떨어지 는 무거운 입자 들 과 함께 운반 됩니다 . 이 입자 들 이 충돌 할 때 서로 전하 를 교환 하 게 되 는데요 . 가벼운 입자 들 은 양전하 로 충전 되 는 반면 무거운 입자 들 은 음전하 로 충전 됩니다 . 전하 의 강도 가 대기 의 절연 특성 을 넘어설 때 까지 대기 는 이 들 전기장 사이 에서 절연체 역할 을 하 는데요 . 그러면 구름 사이 혹은 구름 과 지면 사이 에 긴 스파크 가 형성 됩니다 . 이 는 너무 빨라서 육안 으로 는 보 기 힘들 다고 합니다 . 이 스파크 가 지면 에 연결 되 면 우리 는 높 은 전류 가 흐르 는 밝 은 섬광 인 번개 를 보 게 됩니다 . 
 번개 치 고 뭔가 가 솟구치 네요 ! 출처 : Birkeland Centre for Space Science and Mount Visual 
 Torsten Neubert 과 연구 팀 은 번개 의 전류 펄스 가 시작 될 때 TGF 가 발생 하 는 걸 관찰 했 습니다 . 그 후 지구 대기 의 이온 층 으로 무언가 를 뿜어냈 습니다 . 이 는 자외선 방출 파동 을 확장 시켰 습니다 . 마치 물 에 던진 조약돌 에서 나오 는 우주 의 잔물결 처럼 말 이 죠 . 측정 결과 전류 의 시작 은 높 은 진폭 에서 빠르 게 일어나 고 TGF 는 전자기장 에 의해 생성 된다는 걸 알 수 있 었 습니다 . 이러 한 관찰 은 TLEs 와 TGF 사이 의 연관 성 에 대한 증거 를 제공 합니다 . 
 ASIM 의 데이터 를 기반 으로 제작 됐 다 . 번개 ( 푸른색 ) 이 발생 하 고 TGF ( 자홍색 ) 을 생 성 . 그 결과 전자기 펄스 는 자외선 을 방출 ( 빨간색 및 흰색 ) . 출처 : Birkeland Centre for Space Science , Daniel Schmelling / Mount Visual 
 뇌우 가 초고층 대기 에서 갑자기 분출 되 는 매우 높 은 에너지 의 전자 를 생성 할 때 이 는 아주 짧 은 시간 인 밀리 초 ( 1 초 의 1000 분 의 1 ) 밖 에 지속 되 지 않 지만 ASIM 이 측정 할 수 있 는 X - 선 과 감마선 을 방출 합니다 . 즉 , 이 관측 은 전자 들 이 방출 될 때 어떤 일 이 일어나 는지 정확히 밝혀내 는데 도움 을 줍니다 . 
 Torsten Neubert 는 " 번개 가 구름 을 통과 하 면서 전방 의 대기 가 매우 높 은 전류 의 매우 빠른 펄스 로 분해 될 수 있 다 " 며 " 그 과정 에서 전자 를 뿜어내 고 이것 이 밝 은 섬광 을 만들 어 낸다 " 고 전합니다 . 이어 Torsten Neubert 는 번개 는 위험 하 기 때문 에 과학자 들 은 연구실 에서 번개 를 연구 하 는 경향 이 있 지만 이러 한 접근 방식 은 번개 의 본성 까지 알아낼 순 없 다고 덧붙 입니다 . 그 는 " 우리 는 이러 한 새로운 정보 를 이용 해 고 에너지 방사선 이 어떻게 생성 되 는지 , 번개 내부 의 프로세스 에 대해 더 많 은 것 을 알아낼 수 있 을 것 " 이라고 밝혔 습니다 . 
 Neubert , Torsten , et al . " A terrestrial gamma - ray flash and ionospheric ultraviolet emissions powered by lightning . " Science 367 . 6474 ( 2020 ) : 183 - 186 . 
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