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수수께끼의 발광체 


자연에는 아직 인간이 이해하지 못하는 현상들이 수두룩합니다. 몇 억 광년에 이르는 우주의 대규모 구조나, 은하가 형성된 과정도 아직까지 명확하게 밝혀지지 않은 수수께끼중의 하나입니다. 플라즈마 우주론이 이런 수수께끼의 많은 부분을 해명할 수 있으리라는 것이 저의 성급한 기대이지만, 실상은 단지 대안 우주론의 하나로서 짤막하게 언급되거나 거의 주목을 받지 못하고 있는 것이 현실입니다. 

한편 플라즈마에 관련된 여러 현상 중에는 플라즈모이드(plasmoid)라는 것이 있습니다. 플라즈모이드는 윈스턴 보스틱이 1957년에 『사이언티픽 아메리칸』에 ‘플라즈모이드’라는 글을 발표하면서 처음 사용한 말로, 구(球) 형태의 플라즈마를 뜻합니다. 실험실에서 서로를 향해 높은 속도로 발사된 작은 플라즈마는 나선 형태의 도넛 구조를 만들어내는데, 이것이 플라즈모이드입니다. 

플라즈모이드는 마치 아누가 그러한 것처럼 안정된 형태를 유지하는 플라즈마 덩어리입니다. 때문에 고온의 플라즈마를 안정하게 가두어 두는 것이 최대 과제중의 하나인 고온핵융합 연구에서도 이 플라즈모이드의 형태를 응용한 장치들이 고안되고 있습니다. 

그런데 자연적으로 발생하는 여러 수수께끼 현상 중에서 플라즈모이드의 일종이라고 여겨지는 신비한 현상이 우리 주위에 있습니다. 매우 드물게 목격되며, 따라서 잘 알려지지 않은 이 현상은 ‘구전(球電)’이라고 부르는 것입니다. 영어로는 ‘Ball Lightning’이라고 하는데, 글자 그대로 해석하면 둥근 번개란 뜻이 되겠지요. 구전은 대부분 뇌우(雷雨)와 관련되어 발생을 하며, 지름 20～50㎝ 정도의 둥근 발광체가 수 초 내지 수십 초 동안 공중에 떠다니다 갑자기 폭발(일반적인 폭발과는 다릅니다)하거나 사라집니다. 

구전은 그 특성상 의도적인 관측이 무척 어렵고, 따라서 그 연구도 우발적인 목격담에 의존할 수밖에 없기 때문에 깊은 연구가 이루어지지 못했습니다. 소수의 과학자들만이 이 신비한 현상의 목격사례를 수집하고 연구했으며, 아직까지도 그 정확한 생성원인이나 정체는 밝혀지지 않고 있습니다. 다행히 1988년 이후에는 격년마다 구전에 관한 국제 심포지움이 열리는 등 학자들간의 협력 분위기가 이어지고 있어 구전에 관한 이해도 날로 그 폭이 커질 것으로 기대됩니다. 

구전을 설명하는 여러 모델이 있지만 현재 가장 그럴듯한 것은 플라즈모이드 모델입니다. 1957년에 샤프라노프가 구형이나 도넛형으로 안정된 플라즈마가 존재할 가능성을 언급했으며, 같은 해 보스틱은 그런 플라즈모이드를 실제로 만들어 낼 수 있음을 실험적으로 보여주었습니다. 1960년대에 브루스와 우딩 역시 구전의 플라즈모이드나 플라즈마 보텍스 링 모델을 개발하였습니다. 

지금까지 알려진 바로는 플라즈마는 매우 불안정한 상태의 물질입니다. 만약 구전을 목격한 기록들이 사실이고, 또 그것이 안정된 형태의 플라즈마가 맞다면, 수십 년간 인간이 아무리 연구해도 아직 성공하지 못한 방법(플라즈마를 ―더구나 아무런 장치도 사용하지 않고― 안정하게 가두는 방법)을 자연은 이미 알고 있는 셈입니다. 


플라즈모이드 아누 


플라즈모이드는 기본적으로 전자기적인 현상입니다. 전자기적 유체인 플라즈마의 흐름이 안정된 내부순환 구조를 이루면서 구 또는 도넛 모양의 일정한 형태 속에 갇혀있는 것이 플라즈모이드입니다. 아누 역시 전자기적인 성질을 가지고 있습니다. 전자기 에너지의 나선형 흐름구조로 되어있는 아누는 그 자체가 하나의 전자기유체역학(MHD)적인 존재입니다. 

저는 아누가 플라즈모이드와 동일한 메커니즘을 가지고 있지 않을까라는 생각을 가지고 있습니다. 즉, 아누도 일종의 플라즈모이드일거라는 가정입니다. 일반적으로 거시적인 플라즈모이드를 구성하고 있는 것은 전리된 이온과 자유전자이지만, 아마도 플라즈모이드가 양자효과를 동반하는 현상이라는 측면에서 아누와 플라즈모이드는 또 하나의 유사성을 보이고 있습니다. 

플라즈모이드의 자연적인 예는 구전만 있는 것이 아닙니다. 지구상의 도처에서 여러 신비한 발광 현상들이 목격되는데, 물론 그런 현상들을 다 플라즈모이드라고 볼 수는 없겠지만 구전과 유사한 특성을 보이는 현상들이 꽤 있습니다. 어쩌면 그 중의 일부는 구전과 동일한 것이거나 구전의 일종이라고 보아야할지도 모릅니다. 개중에서도 가장 많이 인구에 회자되거나 친숙한 것은 아마 성엘모의 불이나 도깨비불일 것입니다. 성엘모의 불은 주로 뇌우가 발생하는 밤중에 배의 마스트 꼭대기에 나타나는 발광현상이며, 때로는 항해중인 비행기의 날개 근처에도 나타납니다. 성엘모의 불과 도깨비불(일본에서는 여우불이라고 함)은 코로나 방전이나 인화(燐火)에 의한 현상으로 알려져 있어 구전과는 전혀 다른 현상일 가능성도 높지만, 구전을 보고 도깨비불이라고 착각했을 가능성 역시 배제할 수는 없습니다. 

한편 에곤 바하는 1992년에 『화산에서 날아온 UFO』라는 책에서 화산 주위에서 목격되는 발광체를 소개하고 이를 그리스신화에 나오는 괴물의 이름을 따 ‘고르곤’이라 불렀습니다. 지진이 일어날 때도 이런 발광체의 목격사례가 보고되고 있는데, 지각변동의 마찰로 생기는 전자기적인 현상의 결과가 아닐까 추측해봅니다. 

또 하나 중요하다고 생각되는 현상은 토네이도입니다. 강력한 회오리바람인 토네이도는 보통 전자기장을 동반하는데, 이 토네이도의 내부에서 구전과 흡사한 발광현상이 드물게 목격됩니다. 주로 회오리기둥의 상층부에서 이러한 발광현상이 목격되는데, 토네이도의 내부에 들어갔다가 기적적으로 살아남은 사람들은 몇 가지 이상한 현상과 함께 토네이도의 내부가 밝게 빛나는 것을 보았다고 합니다. 그 빛은 용접 때 일어나는 아크보다도 더 밝았다고 하며, 디스크 형태의 불빛이 층층이 띠를 이루고 있었다는 목격담도 있습니다. 토네이도와 구전, 그리고 고르곤은 어떤 상관관계가 있는 것일까요? 

자, 이제는 눈을 지구 밖으로 한번 돌려 보겠습니다. 앞에 보여드렸던 우주의 필라멘트 구조들 사진을 다시 한번 보시기 바랍니다. 여러 장의 사진 중에서 특히 꽈배기처럼 꼬인 자기장 제트의 구조물이 눈길을 끄는데, 이런 현상은 다음과 같이 설명할 수 있습니다. 즉 반대의 전하를 지닌 플라즈마의 흐름이 만나면 자기장의 작용으로 서로 꼬이는 현상이 발생하는데, 이를 ‘핀치효과’라 합니다. 

 

 

에릭 레르너는 이 핀치효과에 의해서 은하가 어떻게 형성이 되는지 1992년에 펴낸 그의 책 『빅뱅은 일어나지 않았다』에서 잘 보여주었습니다. 또 레르너에 의하면 퀘이사는 새로 태어나는 은하의 핵으로서, 핀치효과에 의한 막대한 에너지의 방출이 이루어지고 있는 것이 보입니다. 퀘이사나 은하 역시 일종의 플라즈모이드가 아닐까요? 막대한 에너지를 분출하고 있는 전파은하나 우주의 제트현상 또한 플라즈모이드 현상에 의한 것으로 추측할 수 있습니다. 

 

 

핀치효과는 제가 『아누』에서 소개했던 그림과도 유사합니다. 『오아스페』라는 책에 있는 이 그림은 전물질(前物質) 단계(플라즈모이드 단계?)에서 우주와 태양계, 그리고 지구가 형성되는 과정을 묘사한 것으로, 마치 핀치효과의 결과 플라즈모이드가 형성되는 과정을 보여주는 듯 합니다. 

 

 

 

 

저는 태양을 포함한 별들과 행성이 일종의 플라즈모이드가 아닐까하는 의혹을 가지고 있으며, 실제로 별들이 탄생하는 현장을 찍은 최근 천체사진에서는 플라즈모이드라고 생각될만한 장면들이 포착되기도 합니다. 한편 플라즈모이드 현상은 지구 자기장이나 태양표면 같은 곳에서도 관측이 됩니다. 

 

 

 

규모만 다를 뿐이지, 이들 하늘의 플라즈마 덩어리나 구전, 토네이도, 고르곤, 그리고 켄 쇼울더의 EV(Electrum validum)는 모두 플라즈모이드에 의한 동일한 현상이라는 것이 에드워드 루이스를 비롯한 몇몇 사람들의 주장입니다. 저는 아누 역시 일종의 플라즈모이드라고 생각합니다. “위에서와 같이 아래에서도, 아래에서와 같이 위에서도”라는 상응의 원리처럼, 원자로부터 번개(구전), 토네이도, 별, 은하의 형성에 이르기까지 플라즈모이드라는 동일한 현상이 반복되고 있다는 것은 참으로 주목할만합니다. 보스틱이나 루이스 등도 원자나 초끈이 일종의 플라즈모이드라고 제안한 바 있습니다. 그렇다면 사실 플라즈모이드는 매우 드물고 기이한 현상이 아니라, 오히려 자연에서 광범위하게 일어나는 상당히 중요하고도 기본적인 현상이라고 할 수 있습니다. 

 

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