우리 주위에 있는 모든 것은 원자로 이루어져 있다. 원자는 보통 전기적으로 중성이지만 전자를 잃거나 얻으면 (+)전하나 (-)전하를 띤다. (+)전하와 (-)전하는 서로 끌어당긴다. 이들이 공기중에서 서로를 향해 이동할 때 불꽃의 원인인 전류가 발생한다. 번개는 적란운(뇌운) 안쪽이나 적란운과 땅, 공기, 또는 다른 구름 사이를 대전된 입자들이 빠르게 이동할 때 일어나는 불꽃이다.
어떻게 적란운이 대전되는지는 정확하게 알려져 있지 않다. 그러나 대체로 위로 올라가는 가벼운 구름 안네 있는 물방울과 미세한 얼음 알갱이가 우박이나 무거워서 밑으로 떨어지는 다른 입자와 충돌할 때 전기를 띠게 된다고 알려져 있다. 이와 같이 작은 구름 입자가 충돌할 때, 무거운 입자는 (-)전하를 얻고 가벼운 입자는 (+)전하를 얻는다. 그리하여 (-)전하를 띤 무거운 입자들은 구름 바닥으로 떨어지고, (+)전하를 띤 가벼운 입자는 구름 꼭대기로 올라간다. 나누어진 (+)전하와 (-)전하가 서로를 향해 흐르거나, 땅에 있는 반대 전하를 향해 흘러 불꽃이 생길 때, 번개가 발생한다. 번개의 가장 일반적인 형태인 구름 속의 번개는 구름 안에 있는 전하가 전기불꽃을 일으킬 때 발생한다. 구름과 공기 사이를 흐르는 전하는 구름과 공기 사이의 번개를 일으키고, 두 구름 사이의 전류는 구름 사이의 번개를 일으킨다. 구름과 땅 사이를 흐르는 전하로 발생하는 번개는 전하가 흐르기 시작하는 방향에 따라 구름과 땅 사이의 번개가 되기도 한다. 우리가 보는 번개는 대부분 구름과 땅 사이에서 일어나는 것으로, 벼락이라고 한다.
벼락의 첫 뇌격은 계단형성도로 시작된다. 구름 속의 (-)전하는 보통 계단형선도를 통해서 땅으로 이동한다. 계단형선도가 어떻게 시작되는지 확실하게 알려지지는 않았으나, 뇌운 바닥 부근에 모여 있는 (+)전하와 (-)전하 사이의 불꽃반응으로 일어난다고 추측하고 있다. 계단형선도는 계단 모양으로 아래로 계속 이동하는데, 각 계단은 길이가 약 45m로, 보통 100만분의 1초 정도 지속된다. 그리고 계단과 계단 사이에서 5000만분의 1초 정도 멈춘다. 계단형선도가 땅 가까이에 이르면 나무와 건물 같은 물체에서 발생하는 (+)전하의 상향선도가 위로 올라가서 서로 만나게 된다. 보통 그 지역에서 가장 높은 물체에서 발생한 상향선도가 계단형선도와 가장 처음 만나서, 구름과 땅 사이에 전류가 이동하는 길이 만들어진다. 이 길을 따라 (-)전하가 아래로 이동한다. 땅에서 가장 가까운 곳에 있던 (-)전하가 맨 처음 아래로 이동하고, 그런 뒤 땅에서 가까운 순서대로 (-)전하들이 차례대로 이동한다. 이 때 전류는 (-)전하의 이동 방향과 반대, 즉 위쪽으로 흐른다. 이처럼 전류가 위쪽으로 흐르므로 강한 불꽃도 위로 올라가는데, 이것이 복귀뇌격이다. 따라서 번갯불은 주로 복귀뇌격 때문에 생긴다. 그러나 전류의 이동 속도가 매우 빨라 상향 이동은 느낄 수 없다. 번갯불은 복귀뇌격 한번으로 끝나기도 한다. 그러나 대부분의 경우 계단형선도와 비슷한 화살형선도가 이미 만들어진 통로를 따라 더 많은 (-)전하를 이동시킨다. 화살형선도는 복귀뇌격 뒤에 발생한다. 보통 번갯불이 한 번 번쩍일 때, 선도뇌격은 3~4회 일어나지만 20회 이상 발생하기도 한다. 때때로 한 번 번쩍일 때 각각의 뇌격을 볼 수 있다. 이 때, 번개는 깜박거리는 것처럼 보인다.
번개는 다양한 형태로 일어나며, 번갯불은 보는 위치에 따라 그 모양이 다르다. 중요한 형태로는 나뭇가지 모양, 줄 모양, 리본 모양, 염주모양 들이 있다. 나뭇가지 모양의 번개는 번갯불이 여러 갈래로 갈라져 보이는 것이며, 줄 모양의 번개는 들쭉날쭉한 하나의 선으로 보이는 것이다. 리본 모양의 번개는 광선이 나란히 배열하여 폭을 가진 것처럼 보인다. 이것은 바람이 불어 하나의 번갯불을 구성하는 뇌격들을 각각으로 분리시킬 때 일어난다. 염주모양의 번개는 번갯불이 약해지면서 점선 형태로 깨지는 것이다. 열번개(Heat Lightning)나 판번개(Sheet Lightning)와 같은 몇몇은 모양이 달라 보이지만 실제로는 보통 번개와 같은 형태이다. 여름밤에 자주 보이는 열번개는 천둥 없이 일어나는 것처럼 보인다. 그러나 실제로 관찰자한테서 너무 멀리 떨어진 곳에서 일어나므로 천둥소리를 들을 수 없을 뿐이다. 판번개는 하늘의 일부분만 빛나는 것처럼 보인다. 그러나 이 것도 번갯불이 너무 멀거나 구름에 가려서 보이지 않는 경우이다. 번개 가운데 공 모양을 한 구상번개는 보통 번개와 매우 다른다. 구상 번개는 사라지기 전에 몇 초 동안 새빨갛게 빛나는 공이 떠나니는 것처럼 보인다. 대체로 뇌우가 있는 동안 번개가 발생한 뒤에 나타난다고 한다. 이것은 포도송이만한 크기의 빨간색·노란색·주황색 공으로 묘사되고 있으며, 땅 위·집 안·비행기 안 등을 떠다니는 것으로 보고되고 있다. 구상번개가 어떻게 발생하며 무엇으로 이루어졌는지는 아직 알려져 있지 않다.
번개의 발생과 그 형태
우리 주위에 있는 모든 것은 원자로 이루어져 있다. 원자는 보통 전기적으로 중성이지만 전자를 잃거나 얻으면 (+)전하나 (-)전하를 띤다. (+)전하와 (-)전하는 서로 끌어당긴다. 이들이 공기중에서 서로를 향해 이동할 때 불꽃의 원인인 전류가 발생한다. 번개는 적란운(뇌운) 안쪽이나 적란운과 땅, 공기, 또는 다른 구름 사이를 대전된 입자들이 빠르게 이동할 때 일어나는 불꽃이다.
(1) 대전된 구름
어떻게 적란운이 대전되는지는 정확하게 알려져 있지 않다. 그러나 대체로 위로 올라가는 가벼운 구름 안네 있는 물방울과 미세한 얼음 알갱이가 우박이나 무거워서 밑으로 떨어지는 다른 입자와 충돌할 때 전기를 띠게 된다고 알려져 있다. 이와 같이 작은 구름 입자가 충돌할 때, 무거운 입자는 (-)전하를 얻고 가벼운 입자는 (+)전하를 얻는다. 그리하여 (-)전하를 띤 무거운 입자들은 구름 바닥으로 떨어지고, (+)전하를 띤 가벼운 입자는 구름 꼭대기로 올라간다. 나누어진 (+)전하와 (-)전하가 서로를 향해 흐르거나, 땅에 있는 반대 전하를 향해 흘러 불꽃이 생길 때, 번개가 발생한다.
번개의 가장 일반적인 형태인 구름 속의 번개는 구름 안에 있는 전하가 전기불꽃을 일으킬 때 발생한다. 구름과 공기 사이를 흐르는 전하는 구름과 공기 사이의 번개를 일으키고, 두 구름 사이의 전류는 구름 사이의 번개를 일으킨다. 구름과 땅 사이를 흐르는 전하로 발생하는 번개는 전하가 흐르기 시작하는 방향에 따라 구름과 땅 사이의 번개가 되기도 한다. 우리가 보는 번개는 대부분 구름과 땅 사이에서 일어나는 것으로, 벼락이라고 한다.
(2) 뇌격
벼락의 첫 뇌격은 계단형성도로 시작된다. 구름 속의 (-)전하는 보통 계단형선도를 통해서 땅으로 이동한다. 계단형선도가 어떻게 시작되는지 확실하게 알려지지는 않았으나, 뇌운 바닥 부근에 모여 있는 (+)전하와 (-)전하 사이의 불꽃반응으로 일어난다고 추측하고 있다.
계단형선도는 계단 모양으로 아래로 계속 이동하는데, 각 계단은 길이가 약 45m로, 보통 100만분의 1초 정도 지속된다. 그리고 계단과 계단 사이에서 5000만분의 1초 정도 멈춘다. 계단형선도가 땅 가까이에 이르면 나무와 건물 같은 물체에서 발생하는 (+)전하의 상향선도가 위로 올라가서 서로 만나게 된다. 보통 그 지역에서 가장 높은 물체에서 발생한 상향선도가 계단형선도와 가장 처음 만나서, 구름과 땅 사이에 전류가 이동하는 길이 만들어진다. 이 길을 따라 (-)전하가 아래로 이동한다. 땅에서 가장 가까운 곳에 있던 (-)전하가 맨 처음 아래로 이동하고, 그런 뒤 땅에서 가까운 순서대로 (-)전하들이 차례대로 이동한다. 이 때 전류는 (-)전하의 이동 방향과 반대, 즉 위쪽으로 흐른다. 이처럼 전류가 위쪽으로 흐르므로 강한 불꽃도 위로 올라가는데, 이것이 복귀뇌격이다. 따라서 번갯불은 주로 복귀뇌격 때문에 생긴다. 그러나 전류의 이동 속도가 매우 빨라 상향 이동은 느낄 수 없다.
번갯불은 복귀뇌격 한번으로 끝나기도 한다. 그러나 대부분의 경우 계단형선도와 비슷한 화살형선도가 이미 만들어진 통로를 따라 더 많은 (-)전하를 이동시킨다. 화살형선도는 복귀뇌격 뒤에 발생한다. 보통 번갯불이 한 번 번쩍일 때, 선도뇌격은 3~4회 일어나지만 20회 이상 발생하기도 한다. 때때로 한 번 번쩍일 때 각각의 뇌격을 볼 수 있다. 이 때, 번개는 깜박거리는 것처럼 보인다.
2) 번개의 형태
번개는 다양한 형태로 일어나며, 번갯불은 보는 위치에 따라 그 모양이 다르다.
중요한 형태로는 나뭇가지 모양, 줄 모양, 리본 모양, 염주모양 들이 있다. 나뭇가지 모양의 번개는 번갯불이 여러 갈래로 갈라져 보이는 것이며, 줄 모양의 번개는 들쭉날쭉한 하나의 선으로 보이는 것이다. 리본 모양의 번개는 광선이 나란히 배열하여 폭을 가진 것처럼 보인다. 이것은 바람이 불어 하나의 번갯불을 구성하는 뇌격들을 각각으로 분리시킬 때 일어난다. 염주모양의 번개는 번갯불이 약해지면서 점선 형태로 깨지는 것이다.
열번개(Heat Lightning)나 판번개(Sheet Lightning)와 같은 몇몇은 모양이 달라 보이지만 실제로는 보통 번개와 같은 형태이다. 여름밤에 자주 보이는 열번개는 천둥 없이 일어나는 것처럼 보인다. 그러나 실제로 관찰자한테서 너무 멀리 떨어진 곳에서 일어나므로 천둥소리를 들을 수 없을 뿐이다.
판번개는 하늘의 일부분만 빛나는 것처럼 보인다. 그러나 이 것도 번갯불이 너무 멀거나 구름에 가려서 보이지 않는 경우이다.
번개 가운데 공 모양을 한 구상번개는 보통 번개와 매우 다른다. 구상 번개는 사라지기 전에 몇 초 동안 새빨갛게 빛나는 공이 떠나니는 것처럼 보인다. 대체로 뇌우가 있는 동안 번개가 발생한 뒤에 나타난다고 한다. 이것은 포도송이만한 크기의 빨간색·노란색·주황색 공으로 묘사되고 있으며, 땅 위·집 안·비행기 안 등을 떠다니는 것으로 보고되고 있다. 구상번개가 어떻게 발생하며 무엇으로 이루어졌는지는 아직 알려져 있지 않다.