상층 대기 번개의 종류와 설명

상층 대기 번개의 종류와 설명

상층 대기 번개의 의미

상층 대기 번개(Upperatmospheric lightning)는 전리층 번개(Ionspheric lightning)라고도 부르며, 일반적으로 번개가 발생하는 고도보다 훨씬 높은 곳에서 발생하는 전기적 붕괴 현상 군을 지칭하는 용어지만 이는 대류권에서 발생하는 번개의 몇 가지 중요한 특성이 없기 때문에 점점 사용되지 않는 구식 용어입니다. 현재는 대류권 번개에 의해 상층 대기에 유도되는 다양한 유형의 전기 방전 현상 중 하나를 지칭하는 순간 야광(transient luminous event, TLE)이라고 부르는 쪽을 선호합니다.

 

상층 대기 번개의 종류

상층 대기 번개에는 레드 스프라이트, 캐럿 스프라이트 같은 스프라이트들과 블루 제트, 자이언트 제트 및 엘브스가 포함됩니다. 1920년대에 스코틀랜드의 물리학자 C. T. R. 윌슨은 큰 뇌우 위의 높은 대기에서 절연파괴(electrical breakdown)가 발생할 것이라고 예측했습니다. 하지만 이는 오랜 시간이 지나 1989년이 되어서야 처음으로 직접적인 증거가 기록될 수 있었습니다. 발견 후 몇 년이 지난 후에 이 현상의 광학적인 특징들은 그 당시에는 아직 알려지지 않은 물리적 특성들을 무심코 암시하는 것을 피하기 위해 알래스카 대학의 연구원들은 이 광학 현상을 스프라이트라고 명명했으며, 특히 레드 스프라이트와 블루 제트이라는 용어는 1994년 스프라이트를 연구하기 위한 항공기 연구 캠페인의 동영상이 업로드된 후 인기를 얻었습니다. 상층 대기 번개의 유형 중 블루 제트는 뇌우 위의 적란층의 꼭대기에서부터 좁은 원뿔 형태로 지구 위 40~50km의 이온층의 가장 낮은 층까지 돌출된다는 점에서 스프라이트와는 차이가 있습니다. 그리고 붉은 스프라이트가 낙뢰와 관련이 있는 경향이 큰 반면, 블루 제트는 낙뢰가 직접적인 유발 원인으로는 보이지 않습니다. 그리고 블루 제트는 스프라이트보다 밝으며 이름에서 알 수 있듯이 파란색입니다. 이 색은 중성 질소와 이온화 질소에서 나오는 푸른색 및 자외선에 가까운 방출선 때문인 것으로 예측됩니다. 블루 제트는 1989년 우주왕복선이 호주 상공을 지나갈 때 처음 녹화되었으며, 블루 제트는 스프라이트에 비해 발생 빈도가 낮습니다. 다음으로 스프라이트는 활성 뇌우 시스템의 후행 성층형 층운, 모루 영역 상층부에서 발생하는 특정 유형의 절연파괴입니다. 절연파괴의 초기 단계인 스트리머 단계의 특징이지만, 복귀 스트로크의 후기 단계는 없습니다. 스프라이트는 플라스마와 같은 밝은 적황색 빛으로 나타나며, 일반적인 하부 성층권 방출보다 조금 더 오래 지속됩니다. 스프라이트의 빨간색은 중성 분자 질소의 광학적 형광에 의한 것으로 분광학적 측정 덕에 확인되었습니다. 구름과 지면 사이의 양의 절연파괴와 관련된 일시적인 전기장에 의해 유발되며 일반적으로 스트로크 뒤에 몇 밀리초 정도 지연됩니다. 스프라이트는 일반적으로 원인이 되는 낙뢰 위의 중심에 있지만, 스프라이트에서 최대 50km까지 측면으로 치우칠 수도 있습니다. 스프라이트는 복잡하고 수직으로 줄무늬가 있는 내부 구조를 가지고 있어 상당히 다양한 시각적 모양을 만듭니다. 가시 광원 고도는 약 75 km이며, 여기서부터 아래쪽으로 약 50 km까지 뻗어있는 덩굴 모양과 위쪽으로 약 90 km까지 뻗어있는 가지 모양이 둘 다 발달합니다. 초당 10,000 프레임의 고속 카메라를 사용한 광학 영상에서 스프라이트가 아래쪽으로 움직이는 10~100m 크기의 작은 이온화 공들의 군집이라는 것을 볼 수 있습니다. 그리고 스프라이트에는 때때로 약 1 밀리초 뒤에 일시적인 광학 방출이 일어나는 영역인 스프라이트 헤일로가 나타나기도 합니다, 이는 스프라이트를 생성하는 동일한 낙뢰보다 약 70km 정도 높은 곳을 중심으로 두고 있습니다. 종종 스프라이트 헤일로는 스프라이트를 생성하는 동일한 물리적 과정에 의해 생성되는 것으로 사람들은 생각하고는 하지만, 이는 이온화가 너무 약하여 스트리머 형성에 필요한 임계값을 넘을 수 없습니다. 1989년 발견된 이래 스프라이트는 북아메리카, 중앙아메리카, 남미, 유럽, 호주, 동해 등의 아시아 전역에서 관찰되었으며 지상뿐만 아니라 항공기, 그리고 인공위성, 우주왕복선과 국제 우주정거장에서도 촬영되었습니다. 스프라이트는 대부분의 큰 뇌우 시스템에서 흔히 볼 수 있는 특징이며, 지구 대기의 형성 초기부터 번개와 함께 발생했다고 예측되고 있습니다.