고요한 태풍의 눈 안에는 어떤 과학이 숨겨져 있을까?​

[로버트 박]

고요한 태풍의 눈 안에는 

어떤 과학이 숨겨져 있을까?​

고요한 태풍의 눈 안에는

어떤 과학이 숨겨져 있을까?

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최근 미국 남동부를 강타한 열대성 사이클론인 허리케인 헬레네는 

열대성 사이클론이 얼마나 강력하고 파괴적으로 변했는지 보여주고 있다.

 하지만 가장 혹독한 날씨의 사나운 폭풍 소용돌이의 중심에는 

고요하고 부드러운 지점을 가지고 있다. 이것은 여전히 과학자들을 

당황하게 만드는 현상으로 아직 완전히 설명되지 않는다. 

하지만 태풍의 눈은 어떻게 발생하며, 왜 일부 사람들은

 비행기를 타고 이곳으로까지 들어가려고 할까?

 이 갤러리에서 몇 가지 놀라운 사실을 확인해보자.

허리케인이란?

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허리케인은 겉보기에는 거대한 회전하는 

공기 덩어리의 소용돌이와 비슷하다. 

하지만 허리케인과 기타 열대성 태풍은 

정확히 어떻게 형성되며, 왜 눈을 가지고 있을까?

열대성 사이클론

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 해양대기청은 허리케인을 열대 또는 아열대 해역에서 형성되는 

열대성 사이클론이라고 불리는 폭풍의 일종으로 정의한다.

폭풍의 특성

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허리케인은 일반적으로 시속 119km/h 이상의 풍속과 투명하고

 저기압 중심인 눈이 있는 원형 회전 운동으로 특징지어진다.

태풍의 시작

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이러한 폭풍은 대서양 상공에서 발생하면 허리케인, 

다른 곳에서 발생하면 태풍 또는 열대성 사이클론이라고 불린다.

 그러나 폭풍의 최대 지속 바람이 시속 119km/h에 

도달하면 흔히 허리케인이라고 한다.

온수와 바람

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허리케인이 발생하기 위해서는 따뜻한 물과

 바람이라는 두 가지 기본 요소가 필요하다. 

허리케인은 따뜻하고 습한 공기를 빨아들여 

지구 대기권으로 높이 이동시키는 

뇌우 클러스터 모양을 잡기 시작한다.

허리케인은 어떻게 커지나?

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이 습한 기단은 저기압 영역을 생성하여 따뜻한 공기를

 에너지로 변환하는 폭풍 시스템을 생성하여 

허리케인의 원형 바람에 동력을 공급한다.

공기의 순환

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바람과 폭풍의 시스템은 공기의 순환으로 인해 회전한다. 

하지만 운동량은 코리올리 효과라는 것에 의해 달성되기도 한다.

코리올리 효과란?

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간단히 말해, 코리올리 효과는 지구 주위를 장거리로 이동할 때 

지면과 단단히 연결되지 않은 물체가 취하는 편향 패턴을 설명한다.

 이 효과는 공기와 물이 구부러지며 이동하여

 많은 기상과 해양학적 현상을 유발한다.

바람의 변화

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예를 들어, 북반구의 허리케인은 코리올리 효과로 인해 

시계 반대 방향으로 회전하는 반면, 

남반구의 허리케인은 시계 방향으로 회전한다. 

그리고 허리케인의 자전 속도가 빠를수록 

코리올리 효과의 강도는 더 커진다.

허리케인의 눈은 정확히 무엇인가?

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허리케인 또는 열대성 사이클론의 눈은 

폭풍의 중심에 있는 대부분 차분하고 

맑은 날씨의 지역이다.

 이 중심 지역의 기압은 매우 낮으며, 

실제로 주변 폭풍보다 15%나 낮다.

태풍의 눈

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눈의 모양은 대략 원형이며 

일반적으로 지름은 30~65 킬로미터이다. 

사방이 폭풍으로 둘러싸여 있다.

눈 주위에는 어떤 일이 일어나나?

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허리케인은 눈 주위를 회전하는데,

 눈 주위는 바람의 속도가 약하고

 비가 내리지 않는 지역이다.

눈 벽

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폭풍과 눈 사이의 장벽을 눈 벽이라고 한다. 

폭풍 중 가장 사나운 날씨와 가장 높은

 바람이 부는 우뚝 솟은 뇌우의 고리이다. 

허리케인 중 가장 파괴적인 지역이다.

경기장 효과

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눈은 항상 폭풍의 꼭대기에서 더 크고 폭풍의 바닥으로 갈수록 작다. 

이는 눈 벽의 상승하는 공기가 높이에 따라 바깥쪽으로 기울어지는

 동일한 각운동량의 선을 따르기 때문다. 이는 때때로 

공중에서 보면 스포츠 경기장과 같은 외관을 제공한다.

크기가 중요하다

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일반적으로 허리케인이 더 강력할수록 

눈의 크기가 작아지는 경향이 있다.

아이월 교체 주기

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눈 벽은 스스로 대체된다.

기상학에서 아이월의 교체 주기는

 최대 지속풍이 시속 114키로미터 이상인 강한

열대성 사이클론에서 자연적으로 발생한다. 

사이클론 엠나티의 위성 이미지에서는 

폭풍의 내벽이 새로운 외벽으로 대체되고 있다.

태풍의 눈이 생기는 원인

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눈의 형성의 원인은 아직 완전히 이해되지 않았다. 

한 가지 이론은 코리올리 효과로 인해 바람이 폭풍의 

중심에서 편향되어 잔잔한 중심부를 만든다는 것이다.

아이월의 역할

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과학자들은 또한 눈 벽 자체가 눈을 형성하는 데 

중요한 역할을 한다고 제안한다. 

열대성 폭풍이 허리케인으로 강화되면서 한 구역이 

더 빠르게 회전하기 시작하여 사방의 눈과 경계를 

이루는 내벽을 형성한다.

공기의 속도 요인

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대부분의 전문가들은 눈이 원심력과 결합된 각운동량 보존과 

관련이 있을 것이라는 데 동의한다. 과학적으로 각운동량 보존은

 물체가 순환 중심으로 이동함에 따라 더 빠르게 회전한다. 

즉, 공기는 허리케인이나 열대성 사이클론의 중심으로 

향할수록 속도가 빨라진다.

직접 보기

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기상 레이더를 사용하면 태풍의 눈을 쉽게 발견할 수 있지만,

 제대로 조사할 수 있는 유일한 방법은 문자 그대로 

"폭풍의 눈"으로 비행해 들어가는 것 뿐이다.

허리케인 관측기

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허리케인 헌터는 데이터를 수집하기 위해 의도적으로 

허리케인과 열대 사이클론으로 비행하는 관측기이다. 

록히드 WP-3D 오리온(사진)은 주요 허리케인 연구 플랫폼으로,

 허리케인의 눈 벽을 직접 통과하여 폭풍의 여러 지역에서

다양한 비행 패턴이 필요한 실험을 수행한다.

조감도

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미 해군은 허리케인의 눈 위를 높이 날아 사진 데이터를 수집하기 위해 

더 가볍고 기동성이 뛰어난 F9F-8P 그루먼 항공기를 배치한다.

항공 정찰

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  또한 폭풍 패턴을 조사하기 위한 예비 정찰 수단으로 

걸프스트림 G-IV 제트기를 사용한다. 2005년 이미지에서

 이 항공기는 허리케인 리타의 뒤쪽에서 눈 벽을 지나고 있다.

허리케인의 눈 안쪽

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이 놀라운 사진은 고도로 개조된 P-3 오리온이 

미국에 상륙한 역대 가장 파괴적인 열대성 사이클론의 

눈을 뚫고 날아가며 허리케인 카트리나의 내벽을 보여준다.

폭풍의 중심

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카트리나의 눈 벽을 보여주는 이 사진에는

 기상 정보 수집에 사용되는 항공기의 

안테나가 포함되어 있다.

미지의 세계로

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 P-3 오리온은 첨단 레이더와 계기판으로 구성되어 있으며, 

동체를 강타하는 거대한 자연의 힘을 견딜 수 있도록 

독특하게 설계되었다. 2019년 P-3가 강력한 허리케인 도리안에 

접근하는 모습을 조종석에서 바라본 모습이다.

위성 관측

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위성은 적외선 이미지를 사용하여 기상학자가 눈 주위와

 바깥쪽 띠를 따라 구름 꼭대기로 알려진 대류가 가장 심한 

지역과 같이 대형 폭풍 시스템 내에서 가장 강한 

강도를 가진 지역을 식별할 수 있도록 지원한다.

눈이 사라지다

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허리케인이 약화되기 시작하면 단단한 나선형 고리가 

없어지면서 눈이 잘 보이지 않게 된다.

 실제로 눈이 사라지면서 밀집된 중앙의 

구름으로 가려지는 경우가 많다.

기후 변화의 영향

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2024년 9월 말 미국 남동부를 강타한 허리케인 헬레네는 

전 세계에 상륙한 점점 더 치명적인 열대성 폭풍 중 

가장 최근의 폭풍이다. 하지만 기후 변화가 

허리케인 강도의 증가와 어떤 관련이 있을까?

비슷하지만 더 파괴적이다

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바다가 뜨거워지며 허리케인에 연료를 공급하고 

허리케인의 성장을 촉진하기 때문에 더 크고 강력한

 폭풍이 일상화되는 것은 피할 수 없다. 그리고 이는 

과학자들이 점점 더 우려하고 있는 부분이다.

출처: 

(NOAA) (BBC) 

(Hurricane Science)