장마철에 쏟아지는 장대비를 보며 "하늘에 구멍이 뚫렸나"라고 말하는 사람이 많다. 정말 하늘에 구멍이 뚫리면 비가 쏟아질 수 있다. 비행기가 구름을 뚫고 지나가면서 구멍을 내면 갑자기 비나 눈이 내리는 것으로 밝혀졌기 때문. 또 비행기가 만드는 구름이 지구 온난화의 새로운 주범이라고 지목한다. 비행기는 도대체 구름과 무슨 상관이 있을까.

◆구름 뚫으면서 눈비 씨앗 만들어

미국 국립대기연구소의 앤드루 헤임스필드(Heymsfield) 박사는 2007년 직접 비행기를 타고 콜로라도주 덴버 국제공항 상공으로 날아갔다. 비행기는 구름을 뚫고 지나가면서 구멍을 냈다. 얼마 후 지상을 내려다보자 구멍이 난 구름 아래에 눈이 내리고 있었다. 이날 눈은 32㎞ 길이에 폭 4㎞ 지역에 45분간 내려 지상에 5㎝의 적설량(積雪量)을 기록했다.

헤임스필드 박사는 '사이언스(Science)' 최신호에 발표한 논문에서 "비행기가 구름을 뚫고 지나가면 비나 눈의 핵(核)이 될 얼음 알갱이를 만든다"는 결론을 내렸다.

구름에 있는 수증기는 주위 기온이 섭씨 영하 15도가 돼도 얼지 않는다. 얼음이 되려면 물 분자들이 천천히 특별한 모양으로 배열되어야 한다. 이때 물 분자들을 끌어당기는 이물질이 있으면 얼음이 쉽게 만들어진다. 이물질이 없는 깨끗한 물을 너무 빨리 냉각시켜버리면 물 분자들이 얼음 구조를 만들지 못한다. 구름 속 수증기가 바로 그런 '과냉각(過冷却)' 상태의 물이다. 순수한 물은 영하 39도까지 과냉각 상태를 유지한다. 인공강우(人工降雨)는 구름에 요오드화은이나 염화칼슘같이 얼음의 핵(核)이 될 물질을 뿌려 비를 내리게 하는 것이다.

비행기의 프로펠러나 날개 끝에서는 공기가 다른 쪽보다 빠르게 뒤로 흘러간다. 한국항공우주연구원 권기정 박사는 "외부 열 공급이 없는 상태에서 공기가 빠르게 흐르면 부피가 갑자기 늘고 온도가 내려간다"고 말했다. 입을 모아 '호'하고 바람을 빠르게 불면 온도가 내려가 뜨거운 것을 식힐 수 있는 것과 같은 이치다.

연구진은 프로펠러나 날개 끝에선 온도가 섭씨 20~30도가량 내려간다고 밝혔다. 이러면 주위 기온이 과냉각의 한계온도 아래로 내려간다. 수증기는 얼음 알갱이가 되고, 주위의 수증기를 계속 끌어당겨 무거워지면서 비나 눈으로 지상에 떨어진다는 것.

◆비행기 구름, 지구 온난화의 새로운 원인

비행기는 구름을 뚫기도 하지만, 한편으로는 없던 구름도 만든다. 가을이나 겨울에 하늘을 바라보면 가끔 하늘을 가로지르는 흰 띠를 볼 수 있다. 바로 비행기가 만든 구름인 '비행운((飛行雲)'이다.

비행운은 비행기의 이착륙에선 생기지 않고 영하 40도 가까이 되는 고도 8㎞ 이상을 날 때만 생긴다. 비행운은 크게 두 가지로 나뉜다. 배기가스에 들어 있는 미세 입자에 주변 수증기가 달라붙었다가 얼면서 구름이 된다. 또 비행기가 구름을 뚫을 때처럼 날개 끝에서 공기의 순간적 팽창으로 온도가 갑자기 내려갈 때도 수증기가 얼음이 되면서 구름이 생긴다. 비행운이 날개 끝이나 엔진 뒤에 만들어지는 것도 그 때문이다.

비행운은 공기가 습하고 바람이 약할수록 오래간다. 따라서 비행운이 오래가면 습도가 높아 비를 뿌릴 구름이 가까이 와 있다고 볼 수 있다. 오래간 비행운은 새털구름과 같은 모양이다. 반대로 비행운이 금방 사라지면 그날은 맑고 건조한 날씨라고 보면 된다.

일부에서는 비행운이 지구 온난화를 가속한다고 의심하고 있다. 비행운이 지표면의 열을 차단한다는 것. 비행운은 통상 1시간쯤 지나면 사라지지만, 하늘을 나는 비행기가 워낙 많아서 유럽과 미국 하늘의 0.5~2.0%를 덮은 것으로 알려졌다. 미 항공우주국(NASA)은 이 정도면 북반구 온도를 0.01~0.1도가량 상승시킨다고 추정했다. 세계적으로 항공 운항이 갈수록 늘고 있어 지구 온난화 효과도 가중될 것으로 과학자들은 우려하고 있다.