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상층대기 번개

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목차

1. 개요

상층대기 번개(TLE)는 뇌우 상공의 중간권, 성층권, 열권에서 발생하는 다양한 형태의 전기적 현상을 총칭한다. TLE는 스프라이트, 블루 제트, 거대 제트, 엘브스 등 여러 종류로 분류되며, 1989년 최초로 비디오에 포착된 이후 위성 관측을 통해 전 세계적으로 발생 빈도가 높은 현상으로 밝혀졌다. 1920년대에 예측되었으나 1989년 첫 시각적 증거가 기록될 때까지 기상학자들에게 무시되었다.

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상층대기 번개
개요
대기 현상
대기 현상으로, 뇌우 구름 꼭대기 위에서 발생한다.
유형스프라이트
엘브스
트롤
제트
픽시
고스트
정의
종류상층 대기 번개 (TLE) 또는 과도 발광 현상
설명뇌우 구름 꼭대기 위에서 발생하는 다양한 전기 방전 현상
스프라이트
설명대규모의 약한 발광 현상으로, 뇌우 구름 위에서 발생한다.
색깔붉은색
발생 고도50km ~ 90km
원인구름-지면 번개로 인한 준정전기장 교란
엘브스
설명빠르게 확장되는 납작한 빛무리 현상으로, 전리층의 낮은 부분에서 발생한다.
색깔붉은색
발생 고도약 100km
원인구름-지면 번개의 전자파 펄스 (EMP)
제트
종류푸른 제트
거대한 제트
푸른 제트좁은 원뿔 모양의 푸른 빛 방출
거대한 제트푸른 제트와 유사하지만 훨씬 더 높이까지 도달하는 현상
트롤과 고스트
트롤스프라이트와 유사하지만, 더 희미하고 발생 메커니즘이 다른 현상
고스트스프라이트가 발생한 후 남는 빛의 잔류 현상으로 추정
기타
탐지 방법고감도 카메라, 광도계, 전파 수신기 등을 사용
연구 분야대기 전기학, 우주 기상학
관측 위치지상, 항공기, 인공위성
관련 연구NASA의 SPRITE 연구

2. 종류

상층대기 번개(TLE)에는 여러 종류가 있으며, 가장 흔한 것은 스프라이트이다. 스프라이트는 폭풍 시스템 위에서 발생하는 밝은 붉은 빛의 섬광이다. C-스프라이트("columniform sprite"의 약자)는 수직 기둥 형태의 붉은 빛에 주어진 이름이다. 촉수를 나타내는 C-스프라이트는 때때로 "당근 스프라이트"라고도 불린다. 다른 유형의 TLE로는 스프라이트 헤일로, 고스트, 블루 제트, 거대 제트, 픽시, 그놈, 트롤, 블루 스타터, ELVES가 있다. 약어 ELVES("빛의 방출 및 초저주파 전자기 펄스 소스에 의한 섭동")는 복수로 생각되는 단일 현상을 지칭한다. TLE는 기저 뇌우 번개와 관련된 상층 대기에서 발생하는 2차 현상이다.[3]

TLE는 일반적으로 1밀리초 미만에서 2초 이상까지 지속된다. TLE의 첫 번째 비디오 녹화는 1989년 7월 6일 연구원 R.C. 프란츠가 밤하늘을 보기 위해 카메라를 밤새도록 켜둔 채로 우연히 캡처되었다. 촬영된 비디오를 검토했을 때, 필름의 두 프레임에 손가락 모양의 수직 이미지가 나타났다. TLE의 다음으로 알려진 비디오 녹화는 우주왕복선 임무 STS-34가 중간 규모 번개 관측 실험을 수행하던 1989년에 촬영되었다. 1989년 10월 21일, TLE는 궤도 44와 45에서 기록되었다.

TLE는 다양한 광학 기록 시스템에 의해 포착되었으며, 최근 기록된 사건의 총 개수(2009년 초)는 수만 건으로 추정된다. 위성(FORMOSAT-2) 관측을 통해 TLE 발생의 전 세계적 빈도는 연간 수백만 건으로 추정된다.

다음과 같은 종류가 있다.


  • 레드 스프라이트 (red sprite) - 중간권 부근에서 관측되며, 더 높은 곳까지 도달하는 경우도 있다. 주로 붉은색 계통을 띤다.
  • ELVES (엘브스, elves) - 중간권 상부나 열권 하부에서 관측된다. 수평으로 퍼지는 발광 현상으로, 전리층과도 관련이 있는 것으로 생각된다. 수평으로 퍼지는 규모는 300-500km 정도이다. 거대한 도넛 모양의 발광 현상이 낙뢰와 함께 발생한다.[41]
  • 블루 제트 (blue jet) - 성층권 상부 부근에서 관측된다. 푸른색 계통을 띠며, 가늘고 긴 형태를 하고 있다. 뇌운에서 위로 뻗어 나가기 때문에 '위로 향하는 번개'라고도 불린다.
  • 블루 스타터 (blue starter) - 블루 제트에 앞서 나타나는 발광 현상. 성층권 하부에서 관측된다.
  • 거대 제트 (gigantic jet) - 성층권에서 중간권까지 뻗어 있는 거대한 제트.
  • 지구 감마선 섬광 (terrestrial gamma-ray flash) - 뇌운 상부에서의 방전 현상에 기인하는 현상이, 감마선 폭발 (gamma-ray burst, GRB)로 관측되는 경우가 지적되고 있다.
  • 전자기파 폭발 - 벼락 방전 등에 따른 전자기파 방출이 전리층 부근의 상층 대기의 전자기적 상태를 크게 교란하는 현상.


'''스프라이트 (Sprites)'''

안티베스에서 본 로마 상공의 스프라이트


스프라이트는 뇌우 구름 또는 적란운 상공에서 발생하는 대규모 방전 현상으로, 매우 다양한 시각적 형태를 보인다. 이는 뇌우 구름과 지면 사이의 정극 번개 방전에 의해 유발된다.[6] 이 현상은 셰익스피어의 에리얼이나 퍽과 같은 장난기 많은 스프라이트에서 이름을 따왔다.[7] 일반적으로 붉은 오렌지색 또는 녹청색을 띠며, 아래로는 늘어진 촉수, 위로는 아치형 분지를 갖는다. 또한 스프라이트 헤일로로 알려진 붉은색 후광이 선행될 수 있다. 스프라이트는 종종 묶음으로 발생하며, 지구 표면에서 50km에서 90km에 이른다. 스프라이트는 수천 번 목격되었다.[9]

다음은 스프라이트의 하위 유형이다.

  • 레드 스프라이트 (red sprite)
  • 트롤 (Trolls)
  • 유령 (Ghosts)


'''트롤 (Trolls)'''

트롤(TROLLs, 일시적 적색 발광선 구조/Transient Red Optical Luminous Lineaments영어)은 강한 스프라이트 후에 발생하며, 희미한 꼬리를 가진 붉은 반점으로 나타난다. 고속 카메라에서는 스프라이트의 촉수 후에 형성되는 붉은 빛으로 시작하여, 이후 붉은 줄기가 아래로 뻗어 나가는 일련의 빠른 현상으로 나타난다. 이는 제트와 유사하다.[35][36]

'''유령 (Ghosts)'''

유령(스프라이트 상단에서 나타나는 녹색 광선)은 붉은색 스프라이트의 족적 내에서 나타나는 희미한 녹색 광선으로, 붉은색이 사라진 후에도 남아 있다가 수 밀리초 만에 사라진다.[37] 유령의 예시가 역사적인 이미지에서 보일 수 있지만, 유령은 2019년 폭풍 추적자 행크 시마와 [https://web.archive.org/web/20230507172824/https://www.spritechaser.com/ 폴 M. 스미스]에 의해 처음으로 독점적인 현상으로 언급되었다.[38]

유령의 역학과 화학을 분석하는 최초의 분광학 연구는 안달루시아 천체물리 연구소(IAA)의 대기 전기 그룹이 주도했다. 이 실험 캠페인은 2019년에 기록된 단일 현상의 녹색 색상에 대한 주요 기여 요인이 원자 철과 니켈, 분자 질소 및 이온 분자 산소라고 보고했다. 원자 산소, 원자 나트륨 및 이온 실리콘의 약하지만 확실한 기여도 감지되었다.[39]

'''제트 (Jets)'''

제트는 상층 대기 번개의 한 종류로 여겨지지만, 대류권 번개의 구성 요소이며 뇌우 내에서 시작하여 위로 이동하는 구름에서 공기 중으로의 방전의 한 유형으로 밝혀졌다. 반대로, 다른 유형의 TLE는 대류권 번개에 의해 유발되기는 하지만 전기적으로 연결되어 있지 않다. 제트의 두 가지 주요 유형은 블루 제트와 거대 제트이다. 블루 스타터는 청색 제트의 약한 형태로 간주된다.[41]

  • 블루 제트 (blue jet) : 성층권 상부 부근에서 관측된다. 푸른색 계통을 띠며, 가늘고 긴 형태를 하고 있다. 뇌운에서 위로 뻗어 나가기 때문에 '위로 향하는 번개'라고도 불린다.
  • 블루 스타터 (blue starter) : 블루 제트에 앞서 나타나는 발광 현상. 성층권 하부에서 관측된다.
  • 거대 제트 (gigantic jet) : 성층권에서 중간권까지 뻗어 있는 거대한 제트.
  • 지구 감마선 섬광 (terrestrial gamma-ray flash) : 뇌운 상부에서의 방전 현상에 기인하는 현상이, 감마선 폭발 (gamma-ray burst, GRB)로 관측되는 경우가 지적되고 있다.
  • 전자기파 폭발 : 벼락 방전 등에 따른 전자기파 방출이 전리층 부근의 상층 대기의 전자기적 상태를 크게 교란하는 현상.


'''블루 제트 (Blue Jets)'''

하와이 마우나 케아 정상에서 본 거대한 제트기


블루 제트는 뇌우 구름의 상층 양전하 영역과 이 전하 영역 위에 존재하는 음의 "스크리닝 층" 사이의 "정상적인" 번개 방전으로 시작되는 것으로 여겨진다. 리더 네트워크의 양극이 음전하 영역을 채운 후 음극이 양전하 영역을 채우고, 양성 리더가 구름 밖으로 나와 위로 전파된다. 이전에는 블루 제트가 번개 섬광과 직접적인 관련이 없으며, 우박의 존재가 어떻게든 발생을 유발한다고 믿었다.[11] 또한 스프라이트보다 밝고 이름에서 알 수 있듯이 파란색이다. 이 색상은 중성 및 이온화된 분자 질소에서 나오는 파란색 및 근자외선 방출선 세트 때문인 것으로 여겨진다. 1989년 10월 21일, 오스트레일리아 상공을 통과하는 우주 왕복선에서 촬영한 수평선 상의 뇌우를 흑백 비디오로 처음 기록했다. 블루 제트는 스프라이트보다 훨씬 덜 자주 발생한다. 2007년까지 100개 미만의 이미지가 얻어졌다. 최초의 컬러 이미지를 포함한 이 이미지의 대부분은 단일 뇌우와 관련이 있다. 이들은 스프라이트를 연구하기 위한 1994년 일련의 항공기 비행에서 촬영되었다.[12] 최근에는 국제 우주 정거장에서 블루 제트의 발생원과 형성을 관찰했다.[3]

'''블루 스타터 (Blue Starters)'''

블루 스타터는 밤에 뇌우 주변을 비행하는 연구 비행의 비디오를 통해 발견되었으며, "블루 제트와 밀접하게 관련된 위로 움직이는 발광 현상"으로 보인다.[14] 블루 제트보다 짧고 밝게 보이며, 최대 20km 고도에 도달한다.[15] 전기 공학 부교수인 빅터 P. 파스코 박사에 따르면 "블루 스타터는 결국 도달하지 못하는 블루 제트처럼 보인다".[16]

'''거대 제트 (Gigantic Jets)'''

거대 제트는 뇌우 구름에서 시작하여 중간권까지 뻗어 올라가는 매우 큰 규모의 제트이다. 뇌우의 중간 음전하 영역과 상층 양전하 영역 사이의 구름 내 방전으로 시작되는 것으로 보인다. 음전하를 띤 리더는 구름 내에서 방전되기 전에 이온층을 향해 구름 위로 빠져나간다. 거대 제트는 청색 제트보다 더 높은 고도인 90km에서 끝난다.[17][18] 당근형 스프라이트와 시각적으로 유사하게 보일 수 있지만, 거대 제트는 구름-지면 번개와 관련이 없고 구름에서 더 느린 속도로 위로 전파된다는 점에서 다르다.[19]

2001년 9월 14일, 아레시보 천문대의 과학자들은 이전에 관측된 것보다 두 배나 높은, 대기 중 70km까지 뻗어 나가는 거대한 제트를 촬영했다.[20] 이 제트는 바다 위의 뇌우 상공에서 발생했으며 1초 이내로 지속되었다. 제트는 처음에 전형적인 번개와 유사한 속도인 약 50km/s로 상승하는 것으로 관측되었으며, 160km/s에서 270km/s로 증가했지만, 이후 두 개로 갈라져 최소 2000km/s의 속도로 전리층까지 솟아올랐고, 그곳에서 밝은 빛의 폭발로 퍼져나갔다.

2002년 7월 22일, 타이완에서 남중국해 상공에서 길이 60km에서 70km 사이의 거대한 제트 5개가 관측되었으며, 이는 ''Nature''에 보고되었다.[21][22] 이 제트는 1초 이내로 지속되었으며, 연구원들은 그 형태가 거대한 나무와 당근과 같다고 묘사했다.

2012년 11월 10일, 중국 과학 게시판은 2010년 8월 12일 중국 본토의 뇌우 상공에서 관측된 거대한 제트 현상에 대해 보고했다. "중국 동부에서 명확하게 기록된 GJ 현상(폭풍 중심은 황해 근처, 북위 35.6°, 동경 119.8°에 위치)."[23]

2014년 2월 2일, 아르헨티나의 오로 베르데 천문대는 엔트레 리오스 주 남부의 뇌우 상공에서 10개 이상의 거대한 제트 현상을 관측했다고 보고했다. 폭풍 중심은 로사리오 시 근처인 남위 33°, 서경 60°에 위치해 있었다.

2016년 8월 13일, 사진작가 페베 판은 광둥성 시컹콩 봉우리에서 페르세우스 유성우를 촬영하던 중 광각 렌즈로 거대한 제트의 선명한 광각 사진을 촬영했고,[24] 리 화롱은 중국 후난성 자허의 더 멀리 떨어진 곳에서 같은 제트를 포착했다.[25]

2017년 3월 28일, 사진작가 제프 마일스는 호주 상공에서 4개의 거대한 제트를 촬영했다.[26]

2017년 7월 24일, 하와이의 마우나 케아 천문대에 있는 제미니 클라우드캠은 한 뇌우 동안 여러 거대한 제트와 전리층 높이의 중력파를 포착했다.[27]

2019년 10월 16일, 조종사 크리스 홈스는 유카탄 반도 근처 멕시코만 상공 10.6km에서 거대한 제트의 고해상도 비디오를 촬영했다.[28] 홈스의 비디오는 56km 거리에서 뇌우 상단에서 전리층까지 뻗어 올라가는 푸른 스트리머를 보여주며, 꼭대기 부분은 빨간색으로 변한다. 그 후 밝은 흰색 번개 리더가 구름 상단에서 천천히 기어 나오며 거대한 제트 높이의 약 10%에 도달한 후 사라진다.

2021년 9월 20일 오후 10시 41분(UTC 02:41), 푸에르토리코 카보 로호에서 북동쪽을 바라보던 사진작가 프랭키 루세나는 해당 지역의 뇌우 상공에서 발생한 거대한 제트 플라스마 현상의 비디오를 녹화했다.[29]

2024년 2월 15일, 사진작가 JJ 라오([https://naturebyjj.com/ Nature by JJ])는 서호주 킴벌리 지역의 더비에서 고해상도 슬로우 모션 비디오로 거대한 제트를 촬영했다.[30]

'''엘브스 (ELVES)'''

엘브스(ELVES)는 뇌우 상공의 전리층(약 100km 고도)에서 발생하는 희미하고 평평하게 확장되는 빛의 고리이다.[31] 직경이 최대 400km에 달하며,[31] 1밀리초 정도 지속된다.[14] 붉은색을 띠는 것으로 알려져 있다.[14] 엘브스는 전자기 펄스원(源)으로 인한 빛 방출 및 매우 낮은 주파수 교란(Emissions of Light and Very Low Frequency Perturbations due to Electromagnetic Pulse Sources)의 약어이다.[32] 이는 질소 분자가 전자 충돌로 인해 여기되어 빛이 생성되는 과정을 의미한다.[33][34]

2023년 3월 27일 이탈리아 포사뇨에서 촬영된 엘브스. 이 엘브스를 유발한 번개는 이탈리아 폴베리기에 있었고, 거리는 285km였다.


엘브스는 1990년 10월 7일, 프랑스령 기아나에서 촬영된 우주 왕복선 임무에서 처음 기록되었다.[14] 2023년 3월 27일 이탈리아 포사뇨에서 촬영된 엘브스는 약 410kA(킬로암페어)의 세기로, 일반적인 번개(10~30킬로암페어)보다 훨씬 강력한 전자기 펄스를 생성했다. 이 붉은 고리는 펄스가 지구의 전리층을 강타한 지점을 표시하며, 지속 시간은 약 1밀리초, 지름은 약 360km였다.

'''픽시 (Pixies)'''

2000년 여름, 고원 상공의 뇌우의 전기적 특성을 조사하는 다기관 현장 프로그램인 STEPS 프로그램 기간 동안 픽시가 처음 관찰되었다.[35] 뇌우 상단에서 일련의 특이하고 흰색의 발광 현상이 20분 동안 관찰되었으며, 각 현상은 평균 16밀리초 동안 지속되었다.[35] 이 현상들은 나중에 '픽시'라고 명명되었으며, 폭이 100미터 미만이며, 번개와는 관련이 없다.[35]

'''그놈 (Gnomes)'''

그놈은 뇌우 구름의 앤빌 꼭대기에서 위로 솟아오르는 작고 짧은 빛의 가닥으로, 강한 상승 기류가 앤빌 위로 습한 공기를 밀어 올릴 때 발생되는 일종의 상층 대기 번개이다.[35] 그놈은 단 몇 마이크로초 동안 지속된다.[35] 너비는 약 200미터이며, 높이는 최대 1킬로미터이다. 흑백 영상으로만 관측되어 색상은 알려져 있지 않다. 대부분의 자료에서는 비공식적으로 "그놈(Gnomes)"이라고 부른다.[40]

2. 1. 스프라이트 (Sprites)



스프라이트는 뇌우 구름 또는 적란운 상공에서 발생하는 대규모 방전 현상으로, 매우 다양한 시각적 형태를 보인다. 이는 뇌우 구름과 지면 사이의 정극 번개 방전에 의해 유발된다.[6] 이 현상은 셰익스피어의 에리얼이나 퍽과 같은 장난기 많은 스프라이트에서 이름을 따왔다.[7] 일반적으로 붉은 오렌지색 또는 녹청색을 띠며, 아래로는 늘어진 촉수, 위로는 아치형 분지를 갖는다. 또한 스프라이트 헤일로로 알려진 붉은색 후광이 선행될 수 있다. 스프라이트는 종종 묶음으로 발생하며, 지구 표면에서 50km에서 90km에 이른다. 스프라이트는 수천 번 목격되었다.[9]

다음은 스프라이트의 하위 유형이다.

  • 레드 스프라이트 (red sprite)
  • 트롤 (Trolls)
  • 유령 (Ghosts)

2. 1. 1. 트롤 (Trolls)

트롤(TROLLs, 일시적 적색 발광선 구조/Transient Red Optical Luminous Lineaments영어)은 강한 스프라이트 후에 발생하며, 희미한 꼬리를 가진 붉은 반점으로 나타난다. 고속 카메라에서는 스프라이트의 촉수 후에 형성되는 붉은 빛으로 시작하여, 이후 붉은 줄기가 아래로 뻗어 나가는 일련의 빠른 현상으로 나타난다. 이는 제트와 유사하다.[35][36]

2. 1. 2. 유령 (Ghosts)

유령(스프라이트 상단에서 나타나는 녹색 광선)은 붉은색 스프라이트의 족적 내에서 나타나는 희미한 녹색 광선으로, 붉은색이 사라진 후에도 남아 있다가 수 밀리초 만에 사라진다.[37] 유령의 예시가 역사적인 이미지에서 보일 수 있지만, 유령은 2019년 폭풍 추적자 행크 시마와 [https://web.archive.org/web/20230507172824/https://www.spritechaser.com/ 폴 M. 스미스]에 의해 처음으로 독점적인 현상으로 언급되었다.[38]

유령의 역학과 화학을 분석하는 최초의 분광학 연구는 안달루시아 천체물리 연구소(IAA)의 대기 전기 그룹이 주도했다. 이 실험 캠페인은 2019년에 기록된 단일 현상의 녹색 색상에 대한 주요 기여 요인이 원자 철과 니켈, 분자 질소 및 이온 분자 산소라고 보고했다. 원자 산소, 원자 나트륨 및 이온 실리콘의 약하지만 확실한 기여도 감지되었다.[39]

2. 2. 제트 (Jets)

제트는 상층 대기 번개의 한 종류로 여겨지지만, 대류권 번개의 구성 요소이며 뇌우 내에서 시작하여 위로 이동하는 구름에서 공기 중으로의 방전의 한 유형으로 밝혀졌다. 반대로, 다른 유형의 TLE는 대류권 번개에 의해 유발되기는 하지만 전기적으로 연결되어 있지 않다. 제트의 두 가지 주요 유형은 블루 제트와 거대 제트이다. 블루 스타터는 청색 제트의 약한 형태로 간주된다.[41]

  • 블루 제트 (blue jet) : 성층권 상부 부근에서 관측된다. 푸른색 계통을 띠며, 가늘고 긴 형태를 하고 있다. 뇌운에서 위로 뻗어 나가기 때문에 '위로 향하는 번개'라고도 불린다.
  • 블루 스타터 (blue starter) : 블루 제트에 앞서 나타나는 발광 현상. 성층권 하부에서 관측된다.
  • 거대 제트 (gigantic jet) : 성층권에서 중간권까지 뻗어 있는 거대한 제트.
  • 지구 감마선 섬광 (terrestrial gamma-ray flash) : 뇌운 상부에서의 방전 현상에 기인하는 현상이, 감마선 폭발 (gamma-ray burst, GRB)로 관측되는 경우가 지적되고 있다.
  • 전자기파 폭발 : 벼락 방전 등에 따른 전자기파 방출이 전리층 부근의 상층 대기의 전자기적 상태를 크게 교란하는 현상.


'''블루 제트 (Blue Jets)'''

블루 제트는 뇌우 구름의 상층 양전하 영역과 이 전하 영역 위에 존재하는 음의 "스크리닝 층" 사이의 "정상적인" 번개 방전으로 시작되는 것으로 여겨진다. 리더 네트워크의 양극이 음전하 영역을 채운 후 음극이 양전하 영역을 채우고, 양성 리더가 구름 밖으로 나와 위로 전파된다. 이전에는 블루 제트가 번개 섬광과 직접적인 관련이 없으며, 우박의 존재가 어떻게든 발생을 유발한다고 믿었다.[11] 또한 스프라이트보다 밝고 이름에서 알 수 있듯이 파란색이다. 이 색상은 중성 및 이온화된 분자 질소에서 나오는 파란색 및 근자외선 방출선 세트 때문인 것으로 여겨진다. 1989년 10월 21일, 오스트레일리아 상공을 통과하는 우주 왕복선에서 촬영한 수평선 상의 뇌우를 흑백 비디오로 처음 기록했다. 블루 제트는 스프라이트보다 훨씬 덜 자주 발생한다. 2007년까지 100개 미만의 이미지가 얻어졌다. 최초의 컬러 이미지를 포함한 이 이미지의 대부분은 단일 뇌우와 관련이 있다. 이들은 스프라이트를 연구하기 위한 1994년 일련의 항공기 비행에서 촬영되었다.[12] 최근에는 국제 우주 정거장에서 블루 제트의 발생원과 형성을 관찰했다.[3]

'''블루 스타터 (Blue Starters)'''

블루 스타터는 밤에 뇌우 주변을 비행하는 연구 비행의 비디오를 통해 발견되었으며, "블루 제트와 밀접하게 관련된 위로 움직이는 발광 현상"으로 보인다.[14] 블루 제트보다 짧고 밝게 보이며, 최대 20km 고도에 도달한다.[15] 전기 공학 부교수인 빅터 P. 파스코 박사에 따르면 "블루 스타터는 결국 도달하지 못하는 블루 제트처럼 보인다".[16]

'''거대 제트 (Gigantic Jets)'''

거대 제트는 뇌우 구름에서 시작하여 중간권까지 뻗어 올라가는 매우 큰 규모의 제트이다. 뇌우의 중간 음전하 영역과 상층 양전하 영역 사이의 구름 내 방전으로 시작되는 것으로 보인다. 음전하를 띤 리더는 구름 내에서 방전되기 전에 이온층을 향해 구름 위로 빠져나간다. 거대 제트는 청색 제트보다 더 높은 고도인 90km에서 끝난다.[17][18] 당근형 스프라이트와 시각적으로 유사하게 보일 수 있지만, 거대 제트는 구름-지면 번개와 관련이 없고 구름에서 더 느린 속도로 위로 전파된다는 점에서 다르다.[19]

2001년 9월 14일, 아레시보 천문대의 과학자들은 이전에 관측된 것보다 두 배나 높은, 대기 중 70km까지 뻗어 나가는 거대한 제트를 촬영했다.[20] 이 제트는 바다 위의 뇌우 상공에서 발생했으며 1초 이내로 지속되었다. 제트는 처음에 전형적인 번개와 유사한 속도인 약 50km/s로 상승하는 것으로 관측되었으며, 160km/s에서 270km/s로 증가했지만, 이후 두 개로 갈라져 최소 2000km/s의 속도로 전리층까지 솟아올랐고, 그곳에서 밝은 빛의 폭발로 퍼져나갔다.

2002년 7월 22일, 타이완에서 남중국해 상공에서 길이 60km에서 70km 사이의 거대한 제트 5개가 관측되었으며, 이는 ''Nature''에 보고되었다.[21][22] 이 제트는 1초 이내로 지속되었으며, 연구원들은 그 형태가 거대한 나무와 당근과 같다고 묘사했다.

2012년 11월 10일, 중국 과학 게시판은 2010년 8월 12일 중국 본토의 뇌우 상공에서 관측된 거대한 제트 현상에 대해 보고했다. "중국 동부에서 명확하게 기록된 GJ 현상(폭풍 중심은 황해 근처, 북위 35.6°, 동경 119.8°에 위치)."[23]

2014년 2월 2일, 아르헨티나의 오로 베르데 천문대는 엔트레 리오스 주 남부의 뇌우 상공에서 10개 이상의 거대한 제트 현상을 관측했다고 보고했다. 폭풍 중심은 로사리오 시 근처인 남위 33°, 서경 60°에 위치해 있었다.

2016년 8월 13일, 사진작가 페베 판은 광둥성 시컹콩 봉우리에서 페르세우스 유성우를 촬영하던 중 광각 렌즈로 거대한 제트의 선명한 광각 사진을 촬영했고,[24] 리 화롱은 중국 후난성 자허의 더 멀리 떨어진 곳에서 같은 제트를 포착했다.[25]

2017년 3월 28일, 사진작가 제프 마일스는 호주 상공에서 4개의 거대한 제트를 촬영했다.[26]

2017년 7월 24일, 하와이의 마우나 케아 천문대에 있는 제미니 클라우드캠은 한 뇌우 동안 여러 거대한 제트와 전리층 높이의 중력파를 포착했다.[27]

2019년 10월 16일, 조종사 크리스 홈스는 유카탄 반도 근처 멕시코만 상공 10.6km에서 거대한 제트의 고해상도 비디오를 촬영했다.[28] 홈스의 비디오는 56km 거리에서 뇌우 상단에서 전리층까지 뻗어 올라가는 푸른 스트리머를 보여주며, 꼭대기 부분은 빨간색으로 변한다. 그 후 밝은 흰색 번개 리더가 구름 상단에서 천천히 기어 나오며 거대한 제트 높이의 약 10%에 도달한 후 사라진다.

2021년 9월 20일 오후 10시 41분(UTC 02:41), 푸에르토리코 카보 로호에서 북동쪽을 바라보던 사진작가 프랭키 루세나는 해당 지역의 뇌우 상공에서 발생한 거대한 제트 플라스마 현상의 비디오를 녹화했다.[29]

2024년 2월 15일, 사진작가 JJ 라오([https://naturebyjj.com/ Nature by JJ])는 서호주 킴벌리 지역의 더비에서 고해상도 슬로우 모션 비디오로 거대한 제트를 촬영했다.[30]

2. 2. 1. 블루 제트 (Blue Jets)



블루 제트는 뇌우 구름의 상층 양전하 영역과 이 전하 영역 위에 존재하는 음의 "스크리닝 층" 사이의 "정상적인" 번개 방전으로 시작되는 것으로 여겨진다. 리더 네트워크의 양극이 음전하 영역을 채운 후 음극이 양전하 영역을 채우고, 양성 리더가 구름 밖으로 나와 위로 전파된다. 이전에는 블루 제트가 번개 섬광과 직접적인 관련이 없으며, 우박의 존재가 어떻게든 발생을 유발한다고 믿었다.[11] 또한 스프라이트보다 밝고 이름에서 알 수 있듯이 파란색이다. 이 색상은 중성 및 이온화된 분자 질소에서 나오는 파란색 및 근자외선 방출선 세트 때문인 것으로 여겨진다. 1989년 10월 21일, 오스트레일리아 상공을 통과하는 우주 왕복선에서 촬영한 수평선 상의 뇌우를 흑백 비디오로 처음 기록했다. 블루 제트는 스프라이트보다 훨씬 덜 자주 발생한다. 2007년까지 100개 미만의 이미지가 얻어졌다. 최초의 컬러 이미지를 포함한 이 이미지의 대부분은 단일 뇌우와 관련이 있다. 이들은 스프라이트를 연구하기 위한 1994년 일련의 항공기 비행에서 촬영되었다.[12] 최근에는 국제 우주 정거장에서 블루 제트의 발생원과 형성을 관찰했다.[3]

2. 2. 2. 블루 스타터 (Blue Starters)

블루 스타터는 밤에 뇌우 주변을 비행하는 연구 비행의 비디오를 통해 발견되었으며, "블루 제트와 밀접하게 관련된 위로 움직이는 발광 현상"으로 보인다.[14] 블루 제트보다 짧고 밝게 보이며, 최대 20km 고도에 도달한다.[15] 전기 공학 부교수인 빅터 P. 파스코 박사에 따르면 "블루 스타터는 결국 도달하지 못하는 블루 제트처럼 보인다".[16]

2. 2. 3. 거대 제트 (Gigantic Jets)

거대 제트는 뇌우 구름에서 시작하여 중간권까지 뻗어 올라가는 매우 큰 규모의 제트이다. 뇌우의 중간 음전하 영역과 상층 양전하 영역 사이의 구름 내 방전으로 시작되는 것으로 보인다. 음전하를 띤 리더는 구름 내에서 방전되기 전에 이온층을 향해 구름 위로 빠져나간다. 거대 제트는 청색 제트보다 더 높은 고도인 90km에서 끝난다.[17][18] 당근형 스프라이트와 시각적으로 유사하게 보일 수 있지만, 거대 제트는 구름-지면 번개와 관련이 없고 구름에서 더 느린 속도로 위로 전파된다는 점에서 다르다.[19]

2001년 9월 14일, 아레시보 천문대의 과학자들은 이전에 관측된 것보다 두 배나 높은, 대기 중 70km까지 뻗어 나가는 거대한 제트를 촬영했다.[20] 이 제트는 바다 위의 뇌우 상공에서 발생했으며 1초 이내로 지속되었다. 제트는 처음에 전형적인 번개와 유사한 속도인 약 50km/s로 상승하는 것으로 관측되었으며, 160km/s에서 270km/s로 증가했지만, 이후 두 개로 갈라져 최소 2000km/s의 속도로 전리층까지 솟아올랐고, 그곳에서 밝은 빛의 폭발로 퍼져나갔다.

2002년 7월 22일, 타이완에서 남중국해 상공에서 길이 60km에서 70km 사이의 거대한 제트 5개가 관측되었으며, 이는 ''Nature''에 보고되었다.[21][22] 이 제트는 1초 이내로 지속되었으며, 연구원들은 그 형태가 거대한 나무와 당근과 같다고 묘사했다.

2012년 11월 10일, 중국 과학 게시판은 2010년 8월 12일 중국 본토의 뇌우 상공에서 관측된 거대한 제트 현상에 대해 보고했다. "중국 동부에서 명확하게 기록된 GJ 현상(폭풍 중심은 황해 근처, 북위 35.6°, 동경 119.8°에 위치)."[23]

2014년 2월 2일, 아르헨티나의 오로 베르데 천문대는 엔트레 리오스 주 남부의 뇌우 상공에서 10개 이상의 거대한 제트 현상을 관측했다고 보고했다. 폭풍 중심은 로사리오 시 근처인 남위 33°, 서경 60°에 위치해 있었다.

2016년 8월 13일, 사진작가 페베 판은 광둥성 시컹콩 봉우리에서 페르세우스 유성우를 촬영하던 중 광각 렌즈로 거대한 제트의 선명한 광각 사진을 촬영했고,[24] 리 화롱은 중국 후난성 자허의 더 멀리 떨어진 곳에서 같은 제트를 포착했다.[25]

2017년 3월 28일, 사진작가 제프 마일스는 호주 상공에서 4개의 거대한 제트를 촬영했다.[26]

2017년 7월 24일, 하와이의 마우나 케아 천문대에 있는 제미니 클라우드캠은 한 뇌우 동안 여러 거대한 제트와 전리층 높이의 중력파를 포착했다.[27]

2019년 10월 16일, 조종사 크리스 홈스는 유카탄 반도 근처 멕시코만 상공 10.6km에서 거대한 제트의 고해상도 비디오를 촬영했다.[28] 홈스의 비디오는 56km 거리에서 뇌우 상단에서 전리층까지 뻗어 올라가는 푸른 스트리머를 보여주며, 꼭대기 부분은 빨간색으로 변한다. 그 후 밝은 흰색 번개 리더가 구름 상단에서 천천히 기어 나오며 거대한 제트 높이의 약 10%에 도달한 후 사라진다.

2021년 9월 20일 오후 10시 41분(UTC 02:41), 푸에르토리코 카보 로호에서 북동쪽을 바라보던 사진작가 프랭키 루세나는 해당 지역의 뇌우 상공에서 발생한 거대한 제트 플라스마 현상의 비디오를 녹화했다.[29]

2024년 2월 15일, 사진작가 JJ 라오([https://naturebyjj.com/ Nature by JJ])는 서호주 킴벌리 지역의 더비에서 고해상도 슬로우 모션 비디오로 거대한 제트를 촬영했다.[30]

2. 3. 엘브스 (ELVES)

엘브스(ELVES)는 뇌우 상공의 전리층(약 100km 고도)에서 발생하는 희미하고 평평하게 확장되는 빛의 고리이다.[31] 직경이 최대 400km에 달하며,[31] 1밀리초 정도 지속된다.[14] 붉은색을 띠는 것으로 알려져 있다.[14] 엘브스는 전자기 펄스원(源)으로 인한 빛 방출 및 매우 낮은 주파수 교란(Emissions of Light and Very Low Frequency Perturbations due to Electromagnetic Pulse Sources)의 약어이다.[32] 이는 질소 분자가 전자 충돌로 인해 여기되어 빛이 생성되는 과정을 의미한다.[33][34]

엘브스는 1990년 10월 7일, 프랑스령 기아나에서 촬영된 우주 왕복선 임무에서 처음 기록되었다.[14] 2023년 3월 27일 이탈리아 포사뇨에서 촬영된 엘브스는 약 410kA(킬로암페어)의 세기로, 일반적인 번개(10~30킬로암페어)보다 훨씬 강력한 전자기 펄스를 생성했다. 이 붉은 고리는 펄스가 지구의 전리층을 강타한 지점을 표시하며, 지속 시간은 약 1밀리초, 지름은 약 360km였다.

2. 4. 픽시 (Pixies)

2000년 여름, 고원 상공의 뇌우의 전기적 특성을 조사하는 다기관 현장 프로그램인 STEPS 프로그램 기간 동안 픽시가 처음 관찰되었다.[35] 뇌우 상단에서 일련의 특이하고 흰색의 발광 현상이 20분 동안 관찰되었으며, 각 현상은 평균 16밀리초 동안 지속되었다.[35] 이 현상들은 나중에 '픽시'라고 명명되었으며, 폭이 100미터 미만이며, 번개와는 관련이 없다.[35]

2. 5. 그놈 (Gnomes)

그놈은 뇌우 구름의 앤빌 꼭대기에서 위로 솟아오르는 작고 짧은 빛의 가닥으로, 강한 상승 기류가 앤빌 위로 습한 공기를 밀어 올릴 때 발생되는 일종의 상층 대기 번개이다.[35] 그놈은 단 몇 마이크로초 동안 지속된다.[35] 너비는 약 200미터이며, 높이는 최대 1킬로미터이다. 흑백 영상으로만 관측되어 색상은 알려져 있지 않다. 대부분의 자료에서는 비공식적으로 "그놈(Gnomes)"이라고 부른다.[40]

3. 역사

1920년대에 스코틀랜드의 물리학자 C.T.R. 윌슨은 거대한 뇌우 상층 대기에서 전기적 붕괴가 일어날 것이라고 예측했다.[4][5] 이후 수십 년 동안, 항공기 조종사들이 고고도 전기 방전 현상을 보고하였으나, 1989년에 첫 직접적인 시각적 증거가 기록될 때까지 기상학자들에 의해 무시되었다. '''''레드 스프라이트'''''와 '''''블루 제트'''''라는 용어는 1994년 스프라이트를 연구하기 위한 항공기 연구 캠페인 이후 비디오 클립이 유포되면서 널리 사용되었다.

4. 기타 현상

참조

[1] 논문 Possible Transient Luminous Events observed in Jupiter's upper atmosphere 2020-10-26
[2] 뉴스 Juno Discovers Sprites and Elves on Jupiter https://skyandtelesc[...] 2020-10-29
[3] 웹사이트 Space station detectors found the source of weird 'blue jet' lightning https://www.sciencen[...] 2021-01-21
[4] 간행물 The electric field of a thundercloud and some of its effects http://www.storm-t.i[...] Proceedings of the Physical Society of London 1924
[5] 간행물 Sprites, elves, and glow discharge tubes http://physicstoday.[...] Physics Today 2001-11
[6] 논문 Sprites, ELF Transients, and Positive Ground Strokes 1995-08
[7] 서적 Out of the Blue: A History of Lightning https://books.google[...] Random House, Inc. 2008
[8] 웹사이트 Sprites and Elves in the Atmosphere | Penn State University http://news.psu.edu/[...]
[9] 간행물 P1.39 The Discovery of Red Sprites as an Opportunity For Informal Science Education. http://ams.confex.co[...] American Meteorological Society 2003
[10] 웹사이트 Full report on the uncontrolled free fall of a stratospheric balloon payload provoked by a Sprite http://stratocat.com[...]
[11] 웹사이트 Fractal Models of Blue Jets, Blue Starters Show Similarity, Differences to Red Sprites http://www.psu.edu/u[...]
[12] Youtube Red Sprites & Blue Jets – the video https://www.youtube.[...]
[13] Youtube Blue Jets & Blue Starters – the video https://www.youtube.[...]
[14] 논문 The Role of the Space Shuttle Videotapes in the Discovery of Sprites, Jets, and Elves https://lightning.ns[...] 1998-05
[15] 웹사이트 Blue jets http://www.spritesan[...]
[16] 웹사이트 Fractal models of blue jets, blue starters show similarity, differences to red sprites https://archive.toda[...]
[17] 논문 Gigantic jets between a thundercloud and the ionosphere https://www.nature.c[...] 2022-06-03
[18] 논문 Thunderstorm charge structures producing gigantic jets 2018-12-27
[19] 논문 Progress in the Study of Transient Luminous and Atmospheric Events: A Review https://link.springe[...] 2022-06-03
[20] 논문 Electrical discharge from a thundercloud top to the lower ionosphere 2002
[21] 웹사이트 Gigantic jets between a thundercloud and the ionosphere http://sprite.phys.n[...] 2007-04-21
[22] 웹사이트 Giant jets caught on camera http://physicsworld.[...] 2008-06-02
[23] 논문 Chinese Science Bulletin 2012, Vol. 57 DOI: 10.1007/s11434-012-5486-3 2012
[24] 웹사이트 Spaceweather.com Time Machine http://spaceweather.[...] 2016-08-16
[25] 웹사이트 Sprites Lightning http://spaceweatherg[...]
[26] 웹사이트 Gigantic jets over Australia https://watchers.new[...] 2017-03-31
[27] Youtube Gigantic Jet Lightning Near Hawaii https://www.youtube.[...] 2021-12-13
[28] 문서 Close encounter with a gigantic jet https://spaceweather[...] 2019-10-25
[29] 웹사이트 NASA Picture of the Day https://apod.nasa.go[...]
[30] 간행물 Super Rare Gigantic Jet 'Lightning' in Slow Motion https://www.youtube.[...] 2024-02-26
[31] 웹사이트 ELVES, a primer: Ionospheric Heating By the Electromagnetic Pulses from Lightning http://alum.mit.edu/[...]
[32] 웹사이트 The Free Dictionary – ELVES http://www.thefreedi[...]
[33] 웹사이트 Valter Binotto on Instagram https://www.instagra[...] 2023-04-05
[34] 웹사이트 Filippo Thiery on Instagram https://www.instagra[...] 2023-04-05
[35] 웹사이트 How Sprites Are Studied https://www.thoughtc[...] 2020-07-10
[36] 웹사이트 Atmospheric-Phenomena http://castle-kanelo[...] 2020-07-10
[37] 웹사이트 Introducing, the Green Ghost https://spaceweather[...] 2020-07-10
[38] Youtube Red sprites and blue jets explained - New discovery! https://www.youtube.[...] 2019-05-25
[39] 간행물 Spectroscopy of a mesospheric ghost reveals iron emissions 2023-12-12
[40] 웹사이트 Upward Electrical Discharges From Thunderstorm Tops http://www.ee.psu.ed[...] 2002-11-19
[41] 서적 新用語解説（スプライト；雷放電発光現象) https://www.metsoc.j[...] 日本気象学会 2009-07


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