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천둥

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목차

1. 개요

천둥은 번개 채널의 급격한 열팽창으로 인한 공기 중의 충격파로 발생하는 소리 현상이다. 고대에는 신의 작용으로 여겨졌으나, 현대 과학에서는 번개로 인한 플라즈마의 급격한 팽창이 원인으로 밝혀졌다. 천둥은 소리의 크기, 지속 시간, 음높이에 따라 다양한 유형으로 분류되며, 번개와 천둥 사이의 시간 간격을 통해 번개까지의 거리를 추정할 수 있다. 천둥의 충격파는 재산 피해와 부상을 유발할 수 있으며, 청력 손실을 초래하기도 한다.

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천둥
개요
종류기상 현상
현상번개로 인해 발생하는 강력한 소리
특징
발생 원인번개에 의해 급격하게 가열된 공기가 빠르게 팽창하며 발생하는 충격파
소리멀리 떨어진 천둥은 낮은 럼블 소리, 가까운 천둥은 날카로운 딱 하는 소리
소리의 감쇠대기 조건, 온도, 습도에 따라 소리가 전달되는 거리가 달라짐
안전
번개 안전 규칙천둥 소리가 들리면 즉시 안전한 장소로 대피해야 함
대피 장소건물 안이나 차량 안이 안전함
위험 장소나무 아래나 물 근처는 피해야 함
기타
천둥의 측정번개가 친 후 천둥 소리가 들릴 때까지의 시간을 측정하여 번개까지의 거리를 추정할 수 있음 (3초당 약 1킬로미터)
문화적 의미많은 문화권에서 천둥은 신의 분노나 힘을 상징하기도 함

2. 어원

현대 영어 'thunder'의 'd' (이전의 고대 영어 'þunor'에서 유래)는 삽입음이며, 현대 네덜란드어 'donder'에서도 발견된다(중세 네덜란드어 'donre' 참조, 고대 노르드어 'þorr', 고대 프리지아어 'þuner', 고대 고지 독일어 'donar'등 이 모든 단어는 원시 게르만어 *''þunraz''에서 파생되었다). 라틴어에서는 'tonare' "천둥 치다"였다. 노르드 신 토르의 이름은 천둥을 의미하는 고대 노르드어에서 유래했다.[5]

공유된 원시 인도 유럽어 어원은 *''tón-r̥'' 또는 이며, 갈리아어 ''타라니스''에서도 발견된다.[6]

3. 원리

20세기 이후 과학자들은 천둥이 번개 채널의 플라즈마의 급격한 열팽창으로 인한 공기 중의 충격파로 시작된다는 데 동의했다.[9][4] 분광 분석으로 측정된 번개 채널 내부의 온도는 50 μs 동안 약 20,000 K에서 시작하여 약 30,000 K까지 급격히 상승한 다음 약 10,000 K까지 서서히 감소한다. 평균 온도는 약 이다.[10] 이러한 가열은 급격한 외부 팽창을 일으켜, 주변의 더 차가운 공기에 소리가 이동하는 속도보다 빠르게 영향을 미친다. 그 결과로 발생하는 외부로 이동하는 펄스는 폭발로 형성되는 충격파나 초음속 항공기의 전면과 유사한 충격파이다.[11] 음원 근처에서 천둥의 음압 레벨은 일반적으로 165~180 dB이지만, 경우에 따라 200 dB를 초과할 수 있다.[12]

시뮬레이션된 번개에 대한 실험 연구는 이 모델과 대체로 일치하는 결과를 산출했지만, 과정의 정확한 물리적 메커니즘에 대한 논쟁은 계속되고 있다.[13][9] 번개 채널의 플라즈마에 작용하는 엄청난 전류의 전기역학적 효과에 의존하는 다른 원인도 제안되었다.[14]

3. 1. 역사적 관점

천둥의 원인은 수 세기 동안 추측과 과학적 탐구의 대상이었다.[7] 초기에는 신에 의해 만들어진다고 생각했지만, 고대 그리스 철학자들은 바람이 구름에 부딪히는 것 (아낙시만드로스, 아리스토텔레스)과 구름 내부 공기의 움직임 (데모크리토스)과 같은 자연적 원인으로 돌렸다.[8] 로마 철학자 루크레티우스는 구름 속에서 우박이 충돌하면서 나는 소리라고 주장했다.[4] 19세기 중반까지는 번개가 진공을 만들고, 그 진공의 붕괴가 천둥을 발생시킨다는 이론이 받아들여졌다.[4]

20세기 이후 과학자들은 천둥이 번개 채널의 플라즈마의 급격한 열팽창으로 인한 공기 중의 충격파로 시작된다는 데 동의했다.[9][4]

3. 2. 현대 과학적 설명

수 세기 동안 천둥의 원인에 대한 추측과 과학적 탐구가 이루어졌다.[7] 초기에는 신이 천둥을 만든다고 생각했지만, 그리스 철학자들은 바람이 구름에 부딪히거나 (아낙시만드로스, 아리스토텔레스), 구름 내부에서 공기가 움직이면서 (데모크리토스) 천둥이 발생한다고 생각했다.[8] 로마 철학자 루크레티우스는 구름 속에서 우박이 충돌하면서 천둥 소리가 난다고 주장했다.[4] 19세기 중반까지는 번개가 진공을 만들고, 이 진공이 붕괴하면서 천둥이 발생한다는 이론이 널리 받아들여졌다.[4]

20세기 이후 과학자들은 천둥이 번개 채널의 플라즈마가 급격하게 가열되어 팽창하면서 공기 중에 충격파를 발생시키는 현상이라는 데 동의했다.[9][4] 분광 분석으로 측정한 번개 채널 내부 온도는 50 μs 동안 약 20,000 K에서 시작하여 약 30,000 K까지 급격히 상승한 다음, 약 10,000 K까지 서서히 감소한다. 평균 온도는 약 20,400,000이다.[10] 이러한 가열은 주변의 차가운 공기가 소리의 속도보다 빠르게 팽창하도록 만든다. 그 결과 발생하는 펄스는 폭발이나 초음속 항공기 앞에서 형성되는 충격파와 유사하다.[11] 천둥 소리의 음압 레벨은 음원 근처에서 보통 165~180 dB이지만, 때로는 200 dB를 넘기도 한다.[12]

번개를 모방한 실험 연구는 이러한 모델과 대체로 일치하는 결과를 보였지만, 정확한 물리적 메커니즘에 대한 논쟁은 여전히 진행 중이다.[13][9] 번개 채널의 플라즈마에 작용하는 엄청난 전류의 전기역학적 효과에 의존하는 다른 원인도 제안되었다.[14]

4. 특징 및 유형

Vavrek 등(n.d.)은 천둥 소리가 크기, 지속 시간 및 음높이에 따라 분류된다고 보고했다.[4]

기온 역전 현상 동안 번개가 구름과 지면 사이에서 발생하면 역전 천둥이 발생한다. 기온 역전 현상에서는 지면 근처의 공기가 상층부의 공기보다 더 차갑다. 역전 현상은 따뜻하고 습한 공기가 한랭 전선 위를 통과할 때 자주 발생한다.[17]

구름-지면 번개(CG)는 일반적으로 지면에서 구름으로 두 번 이상의 역행 뇌격으로 구성된다. 후속 역행 뇌격은 첫 번째 역행 뇌격보다 음향 에너지가 더 크다.[18]

4. 1. 종류

Vavrek 등(n.d.)은 천둥 소리가 크기, 지속 시간 및 음높이에 따라 분류된다고 보고했다.[4] '쾅'하는 소리는 0.2~2초 동안 지속되며 음높이가 높은 큰 소리이다. '우르릉' 거리는 소리는 크기와 음높이가 변하는 소리이다. '웅웅' 거리는 소리는 크기와 음높이가 불규칙하게 섞인 소리이다. '둥둥' 거리는 소리는 덜 크고 더 오래 지속되며(최대 30초 이상), 음높이가 낮다.[16]

기온 역전 현상 동안 번개가 구름과 지면 사이에서 발생하면 역전 천둥이 발생한다. 결과적으로 발생하는 천둥 소리는 비역전 조건에서 같은 거리에서 발생하는 소리보다 음향 에너지가 훨씬 더 크다. 기온 역전 현상에서는 지면 근처의 공기가 상층부의 공기보다 더 차갑다. 역전 현상은 따뜻하고 습한 공기가 한랭 전선 위를 통과할 때 자주 발생한다. 기온 역전 현상 내에서 음향 에너지는 비역전 조건에서처럼 수직으로 분산되는 것을 방지하므로 지면 근처 층에 집중된다.[17]

구름-지면 번개(CG)는 일반적으로 지면에서 구름으로 두 번 이상의 역행 뇌격으로 구성된다. 후속 역행 뇌격은 첫 번째 역행 뇌격보다 음향 에너지가 더 크다.[18]

4. 2. 기온 역전 현상과 천둥

Vavrek 등(n.d.)은 천둥 소리가 크기, 지속 시간 및 음높이에 따라 분류된다고 보고했다.[4] '쾅'하는 소리는 0.2~2초 동안 지속되며 음높이가 높은 큰 소리이다. '우르릉' 거리는 소리는 크기와 음높이가 변하는 소리이다. '웅웅' 거리는 소리는 크기와 음높이가 불규칙하게 섞인 소리이다. '둥둥' 거리는 소리는 덜 크고 더 오래 지속되며(최대 30초 이상), 음높이가 낮다.[16]

기온 역전 현상 동안 번개가 구름과 지면 사이에서 발생하면 역전 천둥이 발생한다. 결과적으로 발생하는 천둥 소리는 비역전 조건에서 같은 거리에서 발생하는 소리보다 음향 에너지가 훨씬 더 크다. 기온 역전 현상에서는 지면 근처의 공기가 상층부의 공기보다 더 차갑다. 역전 현상은 따뜻하고 습한 공기가 한랭 전선 위를 통과할 때 자주 발생한다. 기온 역전 현상 내에서 음향 에너지는 비역전 조건에서처럼 수직으로 분산되는 것을 방지하므로 지면 근처 층에 집중된다.[17]

구름-지면 번개(CG)는 일반적으로 지면에서 구름으로 두 번 이상의 역행 뇌격으로 구성된다. 후속 역행 뇌격은 첫 번째 역행 뇌격보다 음향 에너지가 더 크다.[18]

5. 인지

번개와 천둥을 인지할 때 가장 두드러지는 점은 번개가 천둥보다 먼저 보인다는 것이다. 이는 광속이 음속보다 훨씬 빠르기 때문이다. 매우 밝은 번개 섬광과 거의 동시에 들리는 날카로운 "굉음" 천둥은 번개가 매우 가까운 곳에서 쳤음을 의미한다.[20]

가까운 거리의 번개는 처음에는 딸깍거리는 소리나 천이 찢어지는 소리로 묘사되며, 이어서 대포 소리 또는 큰 굉음/파열음이 들리고, 그 후 지속적인 우르릉거림이 이어진다.[4] 초기의 소리는 번개의 선도 부분에서, 그 다음은 귀환 뇌격의 가까운 부분에서, 그리고 마지막으로 귀환 뇌격의 먼 부분에서 발생한다.[4]

5. 1. 거리 계산

번개와 천둥의 가장 눈에 띄는 점은 번개가 천둥보다 먼저 보인다는 것이다. 이는 광속이 음속보다 훨씬 빠르기 때문이다. 건조한 공기 중의 음속은 약 343m/s 또는 1236km/h이며, 온도는 20°C이다.[19]

이는 대략 3s/km로 변환된다. "하나, 둘..."이라고 세는 것은 주어진 번개 섬광이 감지된 시점부터 천둥이 감지된 시점까지의 초를 세는 유용한 방법이며 (안전을 위해 번개의 근접성을 측정하는 데 사용될 수 있음) 번개 타격 지점까지의 거리를 추정하려면 센 초를 킬로미터의 경우 3으로 나눈다.[20] 마일을 사용하는 경우에는 5로 나눈다.

매우 밝은 번개 섬광과 거의 동시에 들리는 날카로운 "굉음" 천둥, 즉 ''천둥 굉음''은 번개 타격 지점이 매우 가까웠음을 나타낸다.

가까운 거리의 번개는 처음에는 딸깍거리는 소리나 천이 찢어지는 소리로 묘사되며, 이어서 대포 소리 또는 큰 굉음/파열음이 들리고, 그 후 지속적인 우르릉거림이 이어진다.[4] 초기의 소리는 번개의 선도 부분에서, 그 다음은 귀환 뇌격의 가까운 부분에서, 그리고 마지막으로 귀환 뇌격의 먼 부분에서 발생한다.[4]

5. 2. 천둥 굉음

번개와 천둥의 가장 눈에 띄는 점은 번개가 천둥보다 먼저 보인다는 것이다. 이는 광속이 음속보다 훨씬 빠르기 때문이다. 건조한 공기 중의 음속은 약 343m/s이며, 온도는 20°C이다.[19]

이는 대략 3s/km로 변환된다. "하나, 둘..."이라고 세는 것은 주어진 번개 섬광이 감지된 시점부터 천둥이 감지된 시점까지의 초를 세는 유용한 방법이며(안전을 위해 번개의 근접성을 측정하는 데 사용될 수 있음) 번개 타격 지점까지의 거리를 추정하려면 센 초를 킬로미터의 경우 3으로 나눈다.[20]

매우 밝은 번개 섬광과 거의 동시에 들리는 날카로운 "굉음" 천둥, 즉 ''천둥 굉음''은 번개 타격 지점이 매우 가까웠음을 나타낸다.

가까운 거리의 번개는 처음에는 딸깍거리는 소리나 천이 찢어지는 소리로 묘사되며, 이어서 대포 소리 또는 큰 굉음/파열음이 들리고, 그 후 지속적인 우르릉거림이 이어진다.[4] 초기의 소리는 번개의 선도 부분에서, 그 다음은 귀환 뇌격의 가까운 부분에서, 그리고 마지막으로 귀환 뇌격의 먼 부분에서 발생한다.[4]

6. 영향

천둥은 강력한 충격파를 발생시켜 주변 사람들에게 재산 피해[4]와 타박상 등의 부상을 입힐 수 있다.[15] 또한, 가까운 거리에서 천둥 소리를 들으면 고막이 파열되어 영구적인 청력 손실이 발생하거나,[4] 일시적인 청각 장애가 나타날 수 있다.[4]

6. 1. 피해

천둥의 충격파는 주변 사람들에게 재산 피해[4]와 내부 타박상 같은 부상을 입힐 수 있을 정도로 강력하다.[15] 천둥은 근처에 있는 사람들의 고막을 파열시켜 영구적인 청력 손실을 초래할 수 있으며,[4] 일시적인 청각 장애를 유발할 수도 있다.[4]

참조

[1] 웹사이트 Severe Weather 101: Lightning Basics https://www.nssl.noa[...] 2019-10-23
[2] 웹사이트 Thunder Facts https://www.factsjus[...] 2019-10-23
[3] 웹사이트 The Sound of Thunder https://www.weather.[...] 2019-10-23
[4] 웹사이트 What Causes Lightning and Thunder? https://scijinks.gov[...] NOAA 2022
[5] 서적 Oxford English Dictionary Oxford University Press
[6] 서적 Etymological Dictionary of Proto Celtic Brill
[7] 웹사이트 Section 6.1.8: The Science of Thunder http://lightningsafe[...] National Lightning Safety Institute 2006-07-17
[8] 웹사이트 Thunder: Voice of the heavens https://web.archive.[...] 1999
[9] 서적 Lightning: Physics and Effects Cambridge University Press
[10] 서적 The lightning flash https://archive.org/[...] Institution of Electrical Engineers
[11] 백과사전 Thunder http://www.britannic[...] 2008-09-12
[12] 웹사이트 Ultimate Sound Pressure Level Decibel Table http://makeitlouder.[...] 2020-12-13
[13] 서적 The Electrical Nature of Storms https://books.google[...] Oxford University Press 2012-09-06
[14] 학술지 The cause of thunder
[15] 서적 Electrical injuries: engineering, medical, and legal aspects Lawyers & Judges Publishing
[16] 웹사이트 Thunder Facts https://www.fastfact[...] Fast Facts for Kids 2022
[17] 웹사이트 User's guide for the Sound Intensity Prediction System (SIPS) as installed at the Naval Explosive Ordnance Disposal Technology Division (Naveodtechdiv) https://apps.dtic.mi[...] Systems Department February 2000. dtic.mil 2000-02
[18] 웹사이트 Lightning Types https://www.nssl.noa[...] NOAA National Severe Storms Laboratory 2022
[19] 서적 Handbook of Chemistry and Physics, 72nd edition, special student edition The Chemical Rubber Co.
[20] 웹사이트 Understanding Lightning: Thunder https://www.weather.[...] National Weather Service 2022


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