번갯불은 독특한 지그재그 모양을 가지고 있으며 물리학자들은 오랫동안 그 이유를 궁금해했습니다. 지금, 존 로크 와 엔드레 실리 사우스오스트레일리아 대학교(University of South Australia)의 연구팀은 이러한 행동을 설명할 수 있는 계산을 수행했습니다.
듀오는 뇌운을 땅에 연결하는 이온화된 공기 채널인 "번개 리더"의 비정상적인 전파를 설명하는 모델을 만들었습니다. 그들은 지그재그 모양의 계단이 매우 흥분되고 준안정적인 산소 원자와 연관되어 있어 전류가 공기를 통해 훨씬 더 쉽게 흐르도록 한다고 제안합니다.
번개는 리더가 포함된 일련의 단계로 전파되는 것으로 보이며, 리더는 길이가 수십 미터이고 뇌운에서 발생합니다. 리더는 전류가 흐르면서 약 1µs 동안 점등되어 단계를 생성합니다. 그런 다음 채널은 수십 마이크로초 동안 어두워지고 이전 리더의 끝에서 다음 발광 단계가 형성되며 때로는 분기가 발생합니다. 이 과정을 반복하여 친숙한 들쭉날쭉한 번개 모양을 만듭니다. 이 프로세스의 흥미로운 측면은 단계가 켜지고 어두워지면 전도 기둥의 일부임에도 불구하고 다시 켜지지 않는다는 것입니다.
이 스테핑은 번개에서 발견되는 독특한 지그재그 패턴의 원인이 되는 것으로 알려져 있지만 이 현상 뒤에 있는 물리학에 대해 몇 가지 답이 없는 질문이 있습니다. 특히 리더와 뇌운을 연결하는 어둡지만 전도성이 있는 기둥의 특성은 대부분 미스터리로 남아 있습니다.
싱글렛 델타 산소
그들의 연구에서 Lowke와 Szili는 스테핑 거동이 "singlet delta metastable oxygen"이라고 불리는 고도로 흥분된 산소 분자의 축적과 연결될 수 있다고 계산했습니다. 이 분자는 약 XNUMX시간의 방사 수명을 가지며 전자가 음이온에서 분리되도록 하여 주변 공기의 전도성을 향상시킵니다.
번개를 길들이는 물리학자
듀오는 연속적인 단계 사이의 시간이 준안정 분자의 충분한 농도가 리더 팁에 축적되는 데 필요한 시간과 일치한다고 제안합니다. 이는 팁의 전기장을 증가시켜 다음 단계에서 추가 이온화를 가능하게 합니다. 또한 연구진은 고농도의 일중항 델타 산소가 초기 단계에서 견뎌야 하므로 이러한 단계에서 유지 전기장이 없어도 전기 전도도를 유지할 수 있다고 제안합니다.
Lowke와 Szili는 이 프로세스에 대한 더 나은 이해가 낙뢰로부터 건물을 보호하기 위한 새로운 기술과 더 강력한 규제로 이어질 수 있기를 희망합니다. 이것은 생명과 사지에 대한 위협을 줄이면서 낙뢰로 인한 경제적 및 환경적 피해를 최소화할 수 있습니다.
연구는 다음에 설명되어 있습니다. Journal of Physics D: 응용 물리학.
