도깨비불 비밀 풀렸다…물방울이 만든 "미세 번개"

하이커뮤니티매니져 0 35 10.07

도깨비불의 원리를 설명한 연구가 나왔다. 게티이미지뱅그 제공

추석 보름달 아래 늪지 위를 떠다니는 푸른 불빛. 가까이 다가가면 사라지고 멀리서 다시 깜박인다. 수백 년 동안 전 세계 사람들은 이 신비한 불빛을 귀신이나 요정의 장난으로 여겼다. 우리나라에서는 ‘도깨비불’, 서양에서는 ‘윌 오 더 위스프(will-o’-the-wisp)’라 불렀다.

과학자들은 오래전부터 도깨비불이 초자연 현상이 아니라는 사실을 알고 있었다. 늪지에서 썩은 식물이 내뿜는 메탄이 산소와 반응해 빛을 낸다고 추정했다. 그러나 메탄은 저절로 반응하지 않는다. 무엇이 메탄을 빛나게 만들었을까.

리처드 자레 미국 스탠퍼드대 교수팀이 이 수수께끼를 풀었다. 연구팀은 ‘미세 번개(microlightning)’라는 새로운 개념으로 도깨비불의 원리를 설명한 연구결과를 지난달 29일 국제학술지 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’ 온라인판에 발표했다.

연구팀은 물이 담긴 용액에 메탄과 공기를 섞어 미세 기포를 만들었다. 움직임은 20배 현미경으로 관찰했다. 초당 2만 4000장을 찍는 초고속 카메라가 관측을 뒷받침했다.

두 기포가 수면으로 떠오르며 서로 가까워지자 찰나의 순간 0.05ms(1만 분의 5초)만에 방전이 일어났고 섬광이 번쩍였다. 연구팀은 이 현상을 ‘미세 번개’라 불렀다.

메탄과 공기를 섞은 기포를 만들어 관찰한 실험 장치 모식도(A). 두 기포가 서로 가까워지며 불과 0.05ms만에 섬광이 발생하는 순간을 포착한 초고속 촬영 사진(B). Yu Xia, Yifan Meng, Jianbo Shi, Richard N. Zare 제공

연구팀은 기포가 터지면서 튀는 작은 물방울에 주목했다. 물방울이 흩어질 때 어떤 것은 양전하(+)를 어떤 것은 음전하(-)를 띤다. 이렇게 반대 전하를 띤 물방울이 서로 가까워지면 순간적으로 전기가 흐르며 방전이 일어난다. 전기 센서는 실제로 기포가 터질 때 방전 신호를 감지했다. 이 작은 방전이 메탄과 산소의 반응을 촉발했다.

연구팀은 질량분석기로 기포가 터진 뒤 나온 기체를 분석했다. 질량분석기는 분자의 무게를 정밀하게 측정하는 장비다. 분석 결과 메탄이 산소와 반응해 생성된 산화물이 확인됐다.

자레 교수는 "도깨비불을 설명한 것보다 더 중요한 발견이 있다"며 "물방울만으로도 전기가 생기고 이것이 화학 반응을 일으킬 수 있다는 사실"이라고 강조했다.

연구팀은 올해 3월 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에도 관련 논문을 발표했다. 그들은 물방울 간 미세 방전이 초기 지구 대기 속에서 시안화수소(HCN), 글리신, 우라실 같은 유기 분자를 합성할 수 있음을 확인했다. 이 결과는 생명체 기원 연구에 중요한 단서를 제공한다.

이번 연구는 도깨비불이 초자연 현상이 아니라 물–가스 경계에서 일어나는 미세 방전과 화학 반응의 결과임을 보여준다. 아직 현장 검증은 필요하지만 도깨비불을 가장 설득력 있게 설명할 수 있는 자연적 메커니즘이 제시된 셈이다.

https://m.dongascience.com/news.php?idx=74386

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