번개

번개는 무엇인가요

위키백과는 번개를 구름과 구름, 구름과 대지 사이에서 일어나는 방전 현상으로 정의하고, 대기 내부의 대전된 부분이 낙뢰를 통해 일시적으로 안정화된다고 설명해요. 미국 국립기상청(NWS)은 이를 대기 중 또는 대기와 땅 사이에서 일어나는 거대한 전기 불꽃이라고 표현해요.

정책브리핑에 실린 국민안전처 설명은 낙뢰를 우리가 생활에서 흔히 접하는 정전기 방전이 거대한 대기 중에서 일어나는 현상이라고 설명해요.

번개는 왜 생기고 어떤 원리로 치나요

NWS는 번개가 생기기까지의 과정을 단계로 나눠 설명해요.

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미국 NOAA 국립중대폭풍우연구소(NSSL)는 가장 흔한 구름-땅 번개(CG)가 어떻게 지나가는지도 설명해요. 먼저 음전하의 통로인 계단형 선도(stepped leader)가 약 50야드(약 46m) 마디로 갈라지며 지그재그로 내려오는데, 눈에 보이지 않고 눈 깜빡이는 시간보다 짧게 땅에 닿아요. 땅에 가까워지면 나무나 집, 전봇대 같은 높은 물체에서 양전하의 줄기가 위로 뻗고, 둘이 이어지면 강한 전류가 흐르는 복귀 뇌격(return stroke)이 일어나요. 이 전류는 초속 약 6만 마일(약 9만 6천 km)로 구름을 향해 올라가고, 우리가 보는 밝은 섬광이 이 부분이에요.

위키백과는 복귀 뇌격 전류가 평균 30kA이고, 이 전류로 통로가 가열돼 플라즈마가 되며 중심 온도가 50000K을 넘고, 그 열로 기체가 팽창하며 천둥 같은 충격파가 생긴다고 적어요. 초고속 카메라로 보면 번개는 보통 3~4개, 많게는 30개까지의 뇌격으로 이뤄지는데, NSSL은 음의 CG 번개가 1개에서 많으면 20개 정도의 복귀 뇌격으로 이뤄지고 이 과정이 같은 길을 따라 되풀이되는 것이 번개가 깜빡이는 이유라고 설명해요. 번개 통로의 실제 지름은 1~2인치예요.

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자료마다 온도 표기가 다른 것은 어떤 부분(통로 평균인지 플라즈마 중심인지)을 재는지, 어떤 단위인지 달라서예요.

번개에는 어떤 종류가 있나요

NSSL은 번개를 어디서 어디로 가는지에 따라 나눠요. 대부분의 번개는 뇌운 안에서 시작해 구름 안에서 끝나거나 공기를 거쳐 땅까지 가요. 구름 안에서 끝나는 번개가 땅으로 가는 번개보다 대략 5~10배 많아요. 구름 안 번개(IC) 중 구름 전체가 시트처럼 빛나는 것을 sheet lightning이라 하고, 구름 사이를 오가는 것은 CC, 구름 밖 공기로 뻗었다 땅에 닿지 않는 것은 CA예요.

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NSSL은 큰 뇌우가 높은 대기에서 레드 스프라이트(red sprite), 블루 제트, 엘브스(elves) 같은 일시적 발광 현상도 만든다고 소개해요. 스프라이트는 구름 꼭대기에서 최대 60마일까지 뻗고 대부분 붉으며 몇 초 이내로 지속돼요. 엘브스는 최대 300마일 폭으로 커지는 원반 모양 발광이고 1천분의 1초도 안 되는 시간 동안 이어지며, 1992년 우주왕복선의 저조도 카메라가 발견했어요.

천둥은 왜 생기고 거리는 어떻게 재나요

NWS는 번개가 공기를 급히 데워 팽창시키고, 직후 공기가 식어 수축하면서 그 팽창과 수축이 음파를 만든 것이 천둥이라고 설명해요. 번개가 땅의 한 곳을 치더라도 몇 마일에 걸친 통로를 지나므로 처음에는 가장 가까운 부분의 소리가 들리고 점점 먼 부분의 소리가 이어져요. 날카로운 딱 소리는 가까이 지나갔다는 뜻이고, 우르릉 소리는 적어도 몇 마일 밖이라는 뜻이에요.

거리 재는 법도 같이 소개해요. 번개는 바로 보이지만 천둥 소리는 1마일 가는 데 약 5초가 걸려요. 섬광과 천둥 사이의 초를 세어 5로 나누면 마일 거리가 나와요. 5초면 1마일, 15초면 3마일이에요.

번개는 어떻게 재고 세나요

번개는 아래 같은 값으로 재고 세요.

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구름과 지표면 사이 번개의 전류는 1~10ms 만에 최고점에 이르고 50~200ms 동안 줄어들어요. 초고속 카메라로 찍으면 뇌격이 보통 3~4개, 많게는 30개까지 보이는데, 첫 뇌격을 뒤따르는 뇌격들은 나타나는 시간이 빠른 대신 진폭이 낮아요. 번개는 극성으로도 나눠서 구름에서 음전하가 내려오는 음의 CG와 양전하가 내려오는 양의 CG로 구분해요. 음의 CG가 가장 흔하고, 양의 CG는 지속 전류가 흐를 가능성이 더 커요. 전류가 급히 늘면 땅 표면을 따라 큰 전압 차이가 생기는데, 이를 계단형 전위라고 해요.

국민안전처는 낙뢰의 전압을 1억 볼트로 집에서 쓰는 전기의 50만 배에 달한다고 소개하고, 빛의 속도의 10분의 1에 이를 만큼 빠르다고 설명해요.

한국에서는 번개가 언제 어디서 많이 치나요

정책브리핑에 따르면 한국은 편서풍을 타고 서해상을 지나는 바람이 수증기를 많이 얻어 온난다습한 상승기류가 생기기 쉬워서 서해상과 내륙의 낙뢰 빈도가 높아요. 기상청 기상레이더센터 자료로 2011~2015년 5년 동안 낙뢰 발생 횟수는 62만 9411건, 연평균 12만 5882회였어요.

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인명 피해는 주로 주택, 공사장, 골프장, 농경지 같이 나무나 건물 같은 엄폐물이 없는 탁 트인 땅에서 났어요. 이 통계는 2011~2015년 자료라서 최신 수치와 다를 수 있어요.

번개가 칠 때 어떻게 대비하고 행동해야 하나요

국민안전처가 당부한 '30-30 낙뢰 안전규칙'은 이렇게 해요. 번개를 보면 천둥소리가 들릴 때까지의 시간을 재요. 이 시간이 30초 또는 그보다 짧으면 즉시 건물이나 자동차 같은 안전한 곳으로 가고, 마지막 천둥소리 뒤 최소 30분 더 기다렸다가 밖으로 나와요.

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NWS도 천둥이 들리면 폭풍의 타격 거리 안에 있을 가능성이 크니 바로 안전한 곳으로 가라고 해요. 번개는 비가 오지 않는 곳이나 비가 땅에 닿기 전에도 칠 수 있고, 맑은 하늘 아래에도 칠 수 있어서(맑은 하늘의 벼락) 6마일 밖의 폭풍도 위험할 수 있어요.

번개를 더 이해하려면 알아 둘 말은 무엇인가요

• 낙뢰: 번개가 지표면의 물체를 맞힌 것을 말해요.
• 계단형 선도와 복귀 뇌격: 번개가 내려오는 통로와 그 뒤 올라가는 밝은 섬광이에요.
• 서지(surge): 번개의 전자기펄스가 도선이나 금속 파이프에 유도 전류를 만들어 전기 모터와 가전, 정밀 전자기기를 망가뜨릴 수 있는 현상이에요.
• 표면효과: 빠른 전류가 도체 표면으로 흐르려는 성질로, 시설 보호 도체를 가는 선을 여러 가닥 엮어 만드는 까닭이에요.
• 일시적 발광 현상: 스프라이트, 블루 제트, 엘브스 등이에요.
• 지속 전류: 양의 CG가 음의 CG보다 더 지속될 수 있어요.

번개에 대해 흔히 하는 오해는 무엇인가요

• 비가 안 오면 안전하다: 번개는 비가 오지 않는 곳이나 비가 땅에 닿기 전에도 칠 수 있어요.
• 열 번개는 따로 있다: 천둥이 들리지 않을 만큼 멀 뿐 보통 번개와 다르지 않아요.
• 번개는 늘 하늘에서 땅으로만 간다: 높은 탑이나 구조물에서 위로 시작하는 유도 번개도 있어요.
• 번개는 한 줄기다: 보통 여러 번의 뇌격이 같은 길을 따라 되풀이돼요.