목성 번개의 강도는 지구의 100배 이상이라는 분석 결과가 나왔다. 거대 가스행성인 목성은 그 유명한 대적점(대적반)을 포함, 대기 전체가 격렬하게 움직이며, 초강력 번개가 빈발한다.
미국 캘리포니아대학교 버클리(UCB) 천체물리학 연구팀은 27일 조사 보고서를 내고 목성에서 치는 번개의 위력이 지구보다 훨씬 강하다고 전했다. 이번 조사에는 미 항공우주국(NASA)의 목성 탐사선 주노(JUNO)와 허블우주망원경, 시민 과학자들이 각자 관측한 목성 정보가 활용됐다.
주노의 목성 관측 데이터 중에서 대기의 움직임에 주목한 연구팀은 지구와 비교할 수 없을 정도로 거대한 폭풍이 발생하는 점, 대기 전체가 격렬하게 움직이는 점을 들어 번개도 강할 것으로 추측했다.
UCB 마이클 웡 연구원은 “목성의 대적반은 그 자체가 거대한 폭풍으로 지름 약 1만6000㎞에 달해 지구보다 크다”며 “이처럼 거대한 폭풍 속에서 치는 번개는 탐사선에 의해 몇 차례 관측됐지만 목성 번개가 항상 강한지, 아니면 지구처럼 약한 번개도 있는지 알 수는 없었다”고 말했다.
주노의 탐사 정보를 토대로 아티스트가 재현한 목성 대기의 번개 「사진=NASA 제트추진연구소(JPL) 공식 홈페이지」
이어 “주노에 탑재된 마이크로파 방사계는 번개가 내는 전파를 구름 밖에서도 포착해 그 강도를 가늠하게 해준다”며 “2021년부터 2022년 사이 목성의 북쪽 적도 일대를 훑은 주노의 데이터에 허블우주망원경과 시민 과학자들의 관측 데이터를 더해 비교 분석했다”고 덧붙였다.
주노는 2022년 8월 17일, 목성 대기를 북쪽에서 남쪽으로 가로지르며 비행했고, 도중에 번개가 내는 전파 신호를 여러 개 포착했다. 연구팀은 허블우주망원경의 이미지와 대조해 이 번개들은 단독으로 발생한 거대한 폭풍에 의한 것임을 밝혀냈다.
통상 단독으로 활동하는 폭풍의 경우 번개의 강도를 비교적 정확히 측정할 수 있다. 연구팀은 목성 번개가 지구와 비슷한 규모라도 강도는 100배 이상인 점을 알아냈다.
2022년 8월 17일, 주노가 목성 대기를 북쪽에서 남쪽으로 가로지르며 비행하며 잡아낸 번개의 전파 신호. 허블우주망원경의 이미지와 대조해 분석한 결과, 이 번개들은 단독으로 발생한 거대한 폭풍에 의한 것임이 밝혀졌다. 「사진=마이클 웡」
여기서 중요한 점은 번개의 강도와 에너지가 별개의 지표라는 것이다. 강도는 순간적인 출력의 크기를 의미하고, 에너지는 그 번개가 방출하는 총량을 뜻한다. 지구의 번개 한 발이 가지는 에너지는 약 1GJ(기가줄)로, 일반 가정 200가구가 1시간 사용하는 전기를 충당할 수 있다. 이 정도 에너지가 순식간에 흐르기 때문에 사람이 맞으면 받으면 치명적인 손상을 입는다.
마이클 웡 연구원은 “목성의 번개는 에너지 측면부터 차원이 다르다. 목성의 번개는 지구의 대략 500배에서 최대 1만 배까지 도달할 가능성이 있다”며 “이는 500GJ에서 1만GJ에 해당하며, 지상에서는 거의 상상할 수 없는 규모의 에너지가 순간적으로 방출되는 것”이라고 설명했다.
연구원은 “이 정도 에너지라면 같은 조건으로 사람이 맞을 때 불에 타기 전 내부에서 파괴될 정도의 손상을 입게 된다”며 “목성의 번개가 이렇게 센 이유는 많겠지만, 가장 큰 원인은 대기 같다”고 언급했다.
마우나케아천문대가 포착한 레드 스트라이프와 블루 제트 「사진=마우나케아천문대 공식홈페이지」
지구 대기는 주로 질소로 이뤄지지만, 목성은 수소가 중심이다. 이 차이 때문에 구름 안의 공기 흐름이 다르다. 지구에서는 수증기를 포함한 공기가 가벼워져 상승하기 쉬운데, 목성은 습하고 무거운 공기가 상승하려면 더 많은 에너지가 필요하다. 그 결과 에너지가 저장되고, 고도에 도달했을 때 강력한 방전으로 한 번에 방출된다는 이야기다.
목성은 폭풍의 규모 자체가 지구와 차원이 다르게 크다. 목성은 100㎞ 이상에 이르는 반면, 지구의 적란운은 약 10㎞ 정도다. 이러한 높이 차이도 번개의 에너지 차이를 만드는 요인으로 여겨진다. 목성에서는 물과 암모니아가 섞인 얼음 입자가 관여할 가능성도 있어, 지구의 번개와는 여러모로 메커니즘이 다르다고 연구팀은 결론 내렸다.
이번 발견은 지구의 번개에 대한 이해를 높여주는 점에서 주목됐다. 지구에는 매년 수억 번 번개가 발생하지만, 그 원리는 미스터리가 많다. 최근에는 뇌운의 위쪽에서 일시적으로 발생하는 일과성 발광이라고 불리는 기현상도 포착됐다. 번개보다 더 높은 하늘에서 순간적으로 빛나는 현상은 레드 스프라이프가 대표적이다.
정이안 기자 anglee@sputnik.kr
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