번개

번개

주로 적란운과 함께 나타나지만 눈보라나 먼지보라가 불 때는 난층운에서 나타나기도 하며, 때로는 화산폭발시 방출되는 먼지나 가스에서 발생되기도 한다. 뇌우 동안 번개의 섬광은 구름 내부에서 나타날 수도 있고 구름과 구름 사이, 구름과 대기 사이, 혹은 구름과 지면 사이에서 나타날 수도 있다.

번개는 쌍극자 구조를 갖고 있는 구름 내부에서 전하가 분리되어 만들어진 순전하 영역에서 발생한다. 뇌운 내부의 전하분포를 살펴보면, 구름의 상단부에는 많은 양의 양전하가 있고, 하단부에는 많은 양의 음전하가 있으며, 최하단에는 적은 양의 양전하가 분포되어 있는 양상을 띠고 있다. 전하는 물방울이나 얼음 조각에 분포되어 있다. 만약 주변공기가 순전하를 띠고 있다면 구름으로부터 대기방전이 일어날 수 있다.

구름과 지면 사이의 번개 섬광은 구름 최하단에 있는 적은 양의 순양전하가 중성화되면서 처음 나오기 시작한다. 이 번개의 섬광은 적어도 2개의 낙뢰를 포함한다. 먼저 음전하를 띤 선구낙뢰가 구름에서 지면으로 떨어진다. 이 낙뢰는 아주 밝지는 않으며 단계적으로 떨어지는 특징을 보이고, 떨어지면서 낙뢰의 본줄기로부터 많은 가지가 뻗어나온다. 때때로 교회의 뾰족한 탑이나 건물, 혹은 키가 큰 나무와 같은 높은 구조물을 통해 지면에서 구름으로 전달된다. 이 낙뢰가 지면 근처로 다가갈 때 부딪힐 지점에서는 집중적으로 반대 전하가 유도되고, 지면에서부터 구름으로 양전하를 띤 귀환낙뢰가 이 경로를 통해서 생긴다.

일반적으로 두 낙뢰는 지상 약 50m 지점에서 만난다. 접합점에서 구름은 지면과 합선되고 높은 전류가 흐르며 상당히 밝은 귀환낙뢰가 번개 경로를 통해 구름으로 전달된다. 전형적인 번개의 경우 구름과 지면 사이의 전위차는 수억V이며 최고 2만A(암페어)의 전류값을 갖는다. 번개가 떨어지는 경로의 온도는 약 3만K이다. 이런 현상의 전체적인 과정은 매우 빠르게 진행된다. 즉 선구낙뢰가 접합점이나 지면에 도달하는 데는 약 0.02초가 소요되며, 귀환낙뢰가 구름에 도달하는 데는 약 7×10^－5 초가 소요된다.

번개와 함께 생기는 천둥은 번개 경로의 전길이에 걸쳐 높은 온도에 의해 공기가 급속히 가열됨으로써 발생하는 현상이다. 그러므로 이 가열된 공기는 초음파의 속도로 팽창된다. 그러나 1~2m 내에서 이 충격파는 음파로 붕괴되고, 그후 공기와 지형의 영향을 받아 변형된다. 이 결과 '우르르 쾅쾅' 하는 소리가 난다. 번개의 낙뢰는 높은 전압의 방전 때문에 위험하지만, 낙뢰가 높은 지점에서 생기면 전도성 금속의 피뢰침이 낙뢰를 끌어당기므로 피해를 주지 않고 지면에 도달할 수 있다. 또한 실내로 피신하거나 도랑과 같이 패인 저지대로 대피함으로써 낙뢰를 피할 수 있다.