스코틀랜드(Scotland) 과학자들은 1볼트(bolt)의 번개가 태양계 외부에 존재하는 행성에서 생명체를 촉진할 수 있을지 없을지에 대한 내용에 관한 진일보를 가능하게 만들어줄 것이라고 희망하고 있다. 이는 대부분의 천문학자들이 가장 알고자 하는 내용이다.

세인트 앤드류 대학교(University of St Andrews) 연구팀은 외태양계 행성의 번개를 연구하여왔다. 왜냐하면, 지구 위 대기가 어떻게 전자적으로 전하가 되는지를 좀 더 잘 이해하기 위함이다.

반대로 세인트 앤드류 대학교의 LEAP(Life Electricity Atmosphere Planets: 생명 전기 대기 행성 ? 물리학 및 천문학부 소속) 그룹(group)의 다른 연구진들은 생명체를 위한 빌딩블럭(building block)을 만드는데 있어 번개가 중요한 역할을 하는지에 대한 정보를 학습하기를 희망하고 있다.

주연구원인 Christiane Helling 박사는 그녀 그룹의 연구결과들 중 하나를 지구에서 연구를 하고 있는 11,000명의 과학자들이 참가한 중요한 모임에서 밝힐 예정이다. 그들은 지구, 행성, 그리고 우주 과학분야의 전문가들이다.

연구진들은 비엔나(Vienna)에서 개최된 유럽지구과학협회(European Geosciences Union) 총회에서 번개와 관련된 특별 세션(session)에서 그녀의 연구에 관해 이야기를 할 것이다.

이에 대해 Helling 박사는 “대기적으로 전기적 방전 ? 또는 번개 ? 은 지구 이외의 행성, 즉 목성과 천왕성, 그리고 해왕성과 같은 다른 행성에서 관측되어왔다. 하지만, 이는 번개 역시 태양계 외부에서 발생할 것을 보여주는 것이다. 우리는 외태양계 행성과 갈색왜성 모두를 관측하여왔다. 이것들은 미네랄(mineral) 또는 보석으로 구성된 구름을 포함하고 있다. 이는 얼마나 많은 에너지가 번개가 칠 때 대기에 축적되는지를 보여주게 된다”고 언급했다.

번개 방전은 작은 규모의 스트리머 방전(streamer discharge)에 의해 시작되었다. 이는 대규모 번개 볼트(bolt)로 진화될 수 있다.

아이토벤 대학교(University of Einthoven)에서 연구한 실험과 관련된 방전 모델을 제시함으로써 Helling 박사와 그녀의 연구팀은 외태양계에서 발생하는 번개의 특성들을 연구할 수 있었다. 그들은 이를 통해 구름을 생성하는 대기와 얼마나 많은 에너지가 번개가 칠 때 유입되는지를 알 수 있게 되었다. 그들은 낙뢰가 거대한 가스행성보다 갈색왜성에서 더 에너지가 높다는 사실을 발견하였다.

이와 관련하여 Helling 박사는 “우리들의 연구는 지구의 실험실에서 수행된 플라즈마 물리학 실험과 외태양계 대기에서 구름의 생성과 관련된 우리들의 연구를 결합하게 되었다. 우리들의 연구는 수소가 충만한 대기와 태양계 외부 원석 구름들과 같은 비지구형 환경에서 지구 위 물리학적 과정을 검사하고 있다. 이는 질소가 충만한 대기와 지구 위 수용성 구름들과는 반대되는 특성을 가지고 있다”고 설명했다.

세인트 앤드류 대학교 연구진들은 지구 위 번개에 관한 극한의 상황에서 도움을 줄 수 있었다. 끝으로 Helling 박사는 “경고 시스템들은 지구와 관련하여 잘 정의된 조건에서 검사된 기술에 의존하고 있다.

하지만, 만일 그러한 상황이 일부 관측되지 않았거나 예상치 못한 환경에 의해 극한으로 변화가 될 경우는 어떤 경우인가? 지구에서 수집한 지식을 적용하는 것, 다시 말해 우주속 극한의 환경에 지구에서 수집한 지식을 적용하는 것은 우리들로 하여금 잠재적으로는 약한 무언가를 확인하는 것을 가능하게 해줄 것이다. 그러고 나서 만일 그러한 극한의 조건들이 일어날 경우 생명체를 보호할 수 있는지에 대해서 알 수 있을 것”이라고 언급했다.

 

[출처 : KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 5월 8일]

 

 

 

The team, at the University of St Andrews, has been studying lightning in extrasolar planets to better understand how atmospheres on earth become electrically charged.

In turn, the researchers, from the University's LEAP (Life Electricity Atmosphere Planets) group at the School of Physics & Astronomy hope to learn more about the role lightning played in generating the 'building blocks' for life.

Lead researcher Dr Christiane Helling will reveal one of her group's findings today at a major meeting involving 11,000 scientists working in the Earth, planetary and space sciences.
The researcher will talk about her work in a special session on lightning at the EGU (European Geosciences Union) General Assembly in Vienna.

Dr Helling said, "Atmospheric electrical discharges – or lightning – have been observed on planets other than Earth such as Jupiter, Uranus and Neptune, but it is very likely that lightning also occurs outside the Solar System too.

"We studied both exoplanets and brown dwarfs, which host clouds made of minerals or gemstones, to see how much energy is deposited into the atmosphere if a lightning strike hits.
A lightning discharge is started by a small-scale 'streamer discharge' which can evolve into a large-scale lightning bolt.

By building a discharge model related to lab works from the University of Einthoven, Dr Helling and her team were able to study the large-scale properties of lightning in extrasolar, cloud-forming atmospheres, and how much energy would be injected by such a lightning strike. They found that lightning strikes are more energetic in brown dwarfs than in giant gas planets.

"Our work combines plasma physics experiments performed in laboratories on Earth with our research into cloud formation in extrasolar atmospheres," Dr Helling explained.

"Our work tests the physical processes on Earth in non-terrestrial environments such as hydrogen-dominated atmospheres and gemstone clouds outside the solar system, in contrast to the nitrogen-dominated atmosphere and water clouds on Earth."

The St Andrews research could help in extreme situations of lightning on Earth.
"Warning systems rely on techniques tested for a well-defined set of conditions relevant for Earth. But what if the situation changed to the extreme by some unforeseen circumstances? Applying knowledge gathered on Earth to the extreme conditions in space will allow us to identify potentially weaknesses, and thereby even save lives if extreme conditions might arise," Dr Helling continued.

As to whether the scientists are any closer to working out whether lightning could have triggered life on earth, the St Andrews scientist said, "We have made the first steps. We have started to investigate how an extrasolar atmosphere changes its chemical composition due to the energy released by lightning, which in turn increases the atmospheric temperature considerably.

"There is now the possibility of working out whether large-scale lightning discharges could occur in gemstone clouds, how big they could grow, and as a result whether such events could have triggered the formation of prebiotic molecules responsible for the origin of life."

 

[원문출처:http://phys.org/news/2014-05-science-lightning-extrasolar-planets.html]