번개의 비밀, 왜 지그재그로 춤을 출까?

하늘을 가르는 번개, 왜 직선이 아닐까?

여름밤 하늘을 가르는 번개, 혹시 본 적 있으세요?

어둠을 순식간에 대낮처럼 밝히는 그 모습은 정말 경이롭죠. 그런데 문득 궁금하지 않으셨나요?

왜 번개는 매끈한 직선이 아니라, 마치 화난 용처럼 구불구불한 지그재그 모양일까요?

그냥 최단 거리인 직선으로 내리꽂히는 게 더 빠를 것 같은데 말이에요.

 

여기에는 공기 속을 여행하는 번개만의 아주 특별한 비밀이 숨어있답니다.

길을 찾는 번개, 최적의 경로를 찾아서!

우선 가장 큰 이유는 공기가 전기가 잘 통하지 않는 절연체라는 점이에요.

번개는 구름에 모인 엄청난 양의 전기가 땅으로 순식간에 이동하는 현상이잖아요?

그런데 그 길목을 공기가 떡하니 막고 있는 셈이죠.

그래서 번개는 무작정 직진하는 대신, 마치 미로를 탈출하듯 가장 저항이 적은 길을 필사적으로 찾아 나선답니다.

 

마치 우리가 산에서 내려올 때 가장 쉬운 등산로를 찾아 발을 내딛는 것과 같아요.

공기는 눈에 보이지 않지만, 온도, 습도, 압력, 먼지 입자 등이 곳곳마다 미세하게 달라요.

번개는 바로 이 공기의 약한 고리들을 순간적으로 찾아내어 껑충껑충 뛰어넘듯 이동하는 거예요.

이 과정이 번개의 독특한 지그재그 모양을 만들어내는 첫 번째 비밀이죠.

 

과학자들은 이 길을 찾는 선발대를 리더 전하(Stepped Leader)라고 불러요. 이름처럼 한 걸음씩 길을 탐색하며 나아가는 녀석이죠.

눈에 보이지 않을 정도로 아주 희미한 빛을 내며 약 50미터씩 나아가고,

잠시 멈춰 다음 경로를 탐색하는 과정을 번개처럼 빠른 속도로 반복해요.

 

우리가 보는 지그재그는 바로 이 선발대가 남긴 발자취인 셈이랍니다.

 

스스로 길을 만드는 번개, 플라스마 통로의 비밀

그렇다면 리더 전하는 어떻게 공기라는 장애물을 뚫고 길을 만드는 걸까요?

바로 공기를 엄청나게 뜨거운 플라스마 상태로 만들면서 길을 개척해요.

플라스마는 원자핵과 전자가 분리되어 자유롭게 떠다니는 물질의 네 번째 상태로, 전기가 아주 잘 통하는 특징이 있어요.

 

즉, 번개가 나아가면서 스스로 전기가 흐를 수 있는 고속도로를 까는 셈이죠.

 

이 플라스마 통로가 바로 번개가 지나가는 길이 되는 거예요.

리더 전하가 지그재그 형태로 길을 만들면, 땅에 있던 양(+)전하가 그 길을 따라 구름으로 순식간에 치솟아 올라요.

이것을 귀환 뇌격(Return Stroke)이라고 하는데, 바로 우리가 번쩍!!하고 보이는 강력한 번개의 진짜 모습이랍니다.

이미 만들어진 구불구불한 길을 따라 빛이 되돌아오기 때문에 우리 눈에는 지그재그 모양으로 보이는 거죠.

 

이 모든 과정이 눈 깜빡할 사이보다 훨씬 짧은, 1초의 몇만 분의 일 사이에 일어난다니 정말 놀랍지 않나요?

게다가 이 플라스마 통로의 온도는 태양 표면보다 5배나 뜨거운 섭씨 3만 도에 달한다고 해요.

자연의 힘은 정말 상상을 초월하는 것 같아요.

번개의 지그재그, 자연이 만든 가장 빠른 지도

정리해 보면, 번개가 지그재그 모양인 이유는 공기라는 거대한 장애물 속에서 가장 쉬운 길을 찾기 위한 필사적인 탐색의 흔적이에요.

눈에 보이지 않는 선발대, 리더 전하가 한 걸음씩 플라스마 통로를 만들며 나아간 경로가 바로 우리가 보는 아름답고도 무시무시한 번개의 모습인 거죠.

결국 번개의 지그재그는 자연이 찰나의 순간에 그려낸 가장 효율적인 지도라고 할 수 있겠네요.

 

이제 비 오는 날 창밖으로 번개가 치면, 아, 지금 번개가 열심히 길을 찾고 있구나!하고 생각해 볼 수 있겠죠?

어쩌면 우리가 무심코 지나치는 다른 자연 현상들 속에도 이렇게 놀라운 과학적 원리들이 숨어있을지 몰라요.

 

다음엔 또 어떤 자연의 비밀을 파헤쳐 볼까요?