Natural Wonders and How They Work

Some things in nature look so strange that they feel like magic, even when you know the science behind them. Green curtains of light ripple across Arctic skies. Waves glow bright blue on a dark beach. Smooth, saucer-shaped clouds hang perfectly still above a mountain. In one California desert, heavy stones slide across a dry lakebed and leave long tracks behind them.

자연에는 과학적 원리를 알고 있어도 마법처럼 느껴질 만큼 신기한 현상들이 있습니다. 북극의 하늘에는 초록빛 커튼이 일렁입니다. 어두운 해변에서는 파도가 선명한 파란색으로 빛납니다. 매끈한 접시 모양의 구름이 산 위에 꼼짝도 하지 않고 떠 있습니다. 캘리포니아의 한 사막에서는 무거운 돌들이 말라붙은 호수 바닥을 미끄러지며 뒤에 긴 자국을 남깁니다.

None of this is a miracle. Every one of these events follows the same laws of physics, chemistry and biology as the rest of nature. Knowing how they work doesn't spoil them, though. For many people it makes them even more impressive. Here are some of the most spectacular natural phenomena on Earth and what causes them.

이 가운데 기적은 하나도 없습니다. 이 현상들은 모두 나머지 자연과 똑같은 물리, 화학, 생물학의 법칙을 따릅니다. 그렇다고 원리를 안다고 해서 그 매력이 줄어드는 것은 아닙니다. 오히려 많은 사람에게는 더욱 인상적으로 다가옵니다. 지구에서 가장 장관을 이루는 자연 현상 몇 가지와 그 원인을 소개합니다.

The aurora borealis, or northern lights, is probably the most famous light show in nature. Waves of green, pink and violet light ripple across the night sky in a wide ring around the North Pole, over places like northern Norway, Iceland, Alaska and northern Canada. For centuries the lights have shaped local legends, and today thousands of tourists travel north every winter just to see them.

오로라 보레알리스, 곧 북극광은 아마 자연에서 가장 유명한 빛의 쇼일 것입니다. 초록, 분홍, 보라색 빛의 물결이 북극을 둘러싼 넓은 고리를 따라 밤하늘을 흐르며, 노르웨이 북부, 아이슬란드, 알래스카, 캐나다 북부 같은 곳의 하늘을 수놓습니다. 이 빛은 수백 년 동안 그 지역의 전설에 영감을 주었고, 오늘날에는 해마다 겨울이면 수천 명의 관광객이 오로지 이 빛을 보기 위해 북쪽으로 떠납니다.

The aurora begins with the Sun, which constantly sends out a stream of charged particles called the solar wind. Earth's magnetic field steers some of these particles toward the polar regions. There they crash into gases high in the atmosphere, mostly 100 to 300 kilometers up, and make them give off light. Oxygen glows green or red, while nitrogen adds blue and purple. When the Sun is very active, the aurora spreads much farther from the poles: in May 2024, people saw it as far south as Italy and Texas. The Southern Hemisphere has its own version, the aurora australis, or southern lights.

오로라는 태양에서 시작됩니다. 태양은 태양풍이라고 불리는 전하를 띤 입자의 흐름을 끊임없이 내보냅니다. 지구의 자기장은 이 입자 가운데 일부를 극지방으로 이끕니다. 그곳에서 입자들은 대개 고도 100~300킬로미터의 높은 대기에서 기체와 부딪혀 기체가 빛을 내게 합니다. 산소는 초록빛이나 붉은빛을 내고, 질소는 파란색과 보라색을 더합니다. 태양 활동이 매우 활발할 때는 오로라가 극지방에서 훨씬 먼 곳까지 퍼집니다. 2024년 5월에는 이탈리아와 미국 텍사스에서도 오로라가 관측되었습니다. 남반구에도 고유의 오로라가 있는데, 이를 오로라 오스트랄리스, 곧 남극광이라고 합니다.

On some nights, the waves breaking on a beach glow an electric blue-green. Move your hand through the water and it leaves a trail of cold, ghostly light. This is bioluminescence, light made by living things. It is far more common than most people realize, but most of it happens where nobody sees it, in the darkness of the deep ocean.

어떤 밤에는 해변에 부서지는 파도가 강렬한 청록색으로 빛납니다. 물속에서 손을 움직이면 차갑고 신비로운 빛의 자취가 남습니다. 이것이 바로 생물 발광, 곧 살아 있는 생물이 만들어 내는 빛입니다. 대부분의 사람이 생각하는 것보다 훨씬 흔한 현상이지만, 그 대부분은 아무도 보지 못하는 곳, 즉 깊은 바다의 어둠 속에서 일어납니다.

The glowing waves are usually caused by dinoflagellates, tiny single-celled plankton that flash blue when the water around them moves. The light comes from a chemical reaction: a molecule called luciferin reacts with oxygen, helped by an enzyme called luciferase. Jellyfish, squid and many deep-sea fish make light too, and so do fireflies on land. A 2017 study off the coast of California found that about three quarters of the animals living in the open ocean can glow. They use light to find food, attract mates and confuse predators. Mosquito Bay in Puerto Rico and Vaadhoo Island in the Maldives are famous for their glowing water.

빛나는 파도는 대개 와편모조류 때문에 생깁니다. 와편모조류는 단세포로 이루어진 아주 작은 플랑크톤으로, 주변의 물이 움직이면 파란빛을 번쩍입니다. 이 빛은 화학 반응에서 나옵니다. 루시페린이라는 분자가 루시페레이스라는 효소의 도움을 받아 산소와 반응하는 것입니다. 해파리와 오징어, 많은 심해어도 빛을 내며, 육지에서는 반딧불이가 그렇습니다. 2017년 캘리포니아 앞바다에서 이루어진 한 연구에 따르면, 먼바다에 사는 동물의 약 4분의 3이 빛을 낼 수 있습니다. 이 동물들은 빛을 이용해 먹이를 찾고, 짝을 유인하고, 포식자를 혼란스럽게 합니다. 푸에르토리코의 모스키토만과 몰디브의 바두섬은 빛나는 바다로 유명합니다.

Ball lightning is the strangest and least understood event in our weather. For centuries, people have described glowing balls of light, anywhere from the size of a golf ball to the size of a beach ball, that appear during thunderstorms. They float through the air for a few seconds, sometimes drift into rooms or even pass through windows, and then either fade quietly or disappear with a loud bang.

구전광은 날씨와 관련된 현상 가운데 가장 기이하고 가장 덜 밝혀진 현상입니다. 수백 년 전부터 사람들은 뇌우가 칠 때 나타나는 빛나는 공을 목격했다고 말해 왔습니다. 크기는 골프공만 한 것부터 비치볼만 한 것까지 다양합니다. 이 공은 몇 초 동안 공중을 떠다니다가 때로는 방 안으로 들어오거나 심지어 유리창을 통과하기도 하며, 그런 다음 조용히 사라지거나 큰 소리를 내며 사라집니다.

Because it is rare and lasts only seconds, ball lightning was very hard to study, and some scientists doubted that it existed at all. Then, in 2012, Chinese researchers who were studying ordinary lightning on the Tibetan Plateau happened to record a glowing ball with their cameras and instruments. It shone for about a second and a half, and its light showed silicon, iron and calcium, elements found in soil. This supports a popular theory: a lightning strike turns soil into hot vapor, and that cloud glows as it burns. Other theories involve plasma or microwaves, and scientists still don't agree on the cause.

구전광은 드물게 나타나고 몇 초밖에 지속되지 않아 연구하기가 매우 어려웠으며, 일부 과학자는 그 존재 자체를 의심하기도 했습니다. 그러던 2012년, 티베트고원에서 일반 번개를 연구하던 중국 연구진이 카메라와 관측 장비로 빛나는 공을 우연히 기록했습니다. 이 공은 약 1.5초 동안 빛났고, 그 빛에서는 흙에 들어 있는 원소인 규소, 철, 칼슘이 검출되었습니다. 이는 번개가 땅에 떨어지면서 흙을 뜨거운 증기로 바꾸고, 이 증기 구름이 타면서 빛을 낸다는 널리 알려진 이론을 뒷받침합니다. 플라스마나 마이크로파로 설명하는 이론도 있으며, 과학자들은 아직 원인에 대해 의견을 모으지 못했습니다.

During some volcanic eruptions, lightning flashes through the huge cloud of ash rising from the volcano. Scientists sometimes call this a “dirty thunderstorm.” It is one of the most frightening sights in nature, and one of the oldest on record: the Roman writer Pliny the Younger described flashes like lightning in the dark cloud over Mount Vesuvius in AD 79.

일부 화산 폭발에서는 화산에서 솟아오르는 거대한 화산재 구름 속으로 번개가 칩니다. 과학자들은 이를 '더러운 뇌우'라고 부르기도 합니다. 이는 자연에서 가장 무시무시한 광경 가운데 하나이자 가장 오래전부터 기록된 광경 가운데 하나입니다. 고대 로마의 작가 소 플리니우스는 서기 79년 베수비오산 위의 검은 구름 속에서 번개 같은 섬광이 번쩍였다고 묘사했습니다.

The lightning comes from electric charge. Inside the ash cloud, bits of rock and ash rub and crash into each other, and if the cloud rises high enough, ice forms in it too. These collisions build up positive and negative charges in different parts of the cloud, much as in an ordinary thunderstorm, until the charge is released as lightning. Volcanic lightning has been seen over Eyjafjallajökull in Iceland in 2010, over Mount Etna in Sicily and over Sakurajima in Japan. The 2022 eruption of Hunga Tonga in the Pacific produced the most intense lightning ever recorded, with hundreds of thousands of flashes in less than a day.

이 번개는 전하에서 비롯됩니다. 화산재 구름 속에서는 암석 조각과 화산재가 서로 비비고 부딪치며, 구름이 충분히 높이 올라가면 그 안에서 얼음도 생깁니다. 이런 충돌로 인해 구름의 여러 부분에 양전하와 음전하가 쌓이는데, 이는 일반적인 뇌우와 매우 비슷합니다. 그러다 쌓인 전하가 번개가 되어 방출됩니다. 화산 번개는 2010년 아이슬란드의 에이야퍄틀라이외퀴들, 시칠리아의 에트나산, 일본의 사쿠라지마 상공에서 관측되었습니다. 2022년 남태평양 훙가통가 화산의 분화는 하루도 안 되는 사이에 수십만 번의 번개를 일으켜, 관측 사상 가장 강렬한 번개 활동을 기록했습니다.

On Racetrack Playa, a dry lakebed in a remote corner of Death Valley in California, rocks sit at the ends of long tracks in the cracked mud. Some of the tracks are straight, others curve or zigzag, and some of the rocks weigh more than 300 kilograms. The tracks clearly showed that the stones moved, but for decades nobody had ever seen one move.

캘리포니아 데스밸리의 외딴 구석에 있는 마른 호수 바닥인 레이스트랙 플라야에는 갈라진 진흙 위로 난 긴 자국의 끝에 바위들이 놓여 있습니다. 어떤 자국은 곧게 뻗어 있고, 어떤 자국은 휘거나 지그재그를 그리며, 무게가 300킬로그램이 넘는 바위도 있습니다. 이 자국들은 돌이 움직였다는 분명한 증거였지만, 수십 년 동안 돌이 움직이는 모습을 직접 본 사람은 아무도 없었습니다.

Geologists puzzled over the stones for more than 60 years. The answer finally came in December 2013, when a team using GPS trackers and time-lapse cameras caught the rocks in motion. In winter, rain and melting snow sometimes form a shallow pond on the playa. On cold nights its surface freezes into a sheet of ice only a few millimeters thick. On a sunny day the ice breaks into large floating panels, and a light wind pushes them across the water. The panels push the rocks ahead of them, a few meters per minute, and the stones leave tracks in the soft mud underneath. So the stones don't move by themselves, and they don't float: thin, almost invisible ice pushes them.

지질학자들은 60년 넘게 이 돌들의 수수께끼를 풀려고 애썼습니다. 마침내 2013년 12월, GPS 추적기와 저속 촬영 카메라를 이용한 연구팀이 바위가 움직이는 장면을 포착하면서 답이 나왔습니다. 겨울에는 비와 녹은 눈이 이따금 호수 바닥에 얕은 웅덩이를 만듭니다. 추운 밤이면 그 수면이 두께가 몇 밀리미터밖에 되지 않는 얼음막으로 얼어붙습니다. 맑은 날에는 이 얼음이 물 위에 뜬 커다란 판으로 깨지고, 약한 바람이 이 얼음판을 물 위로 밀어냅니다. 얼음판은 바위를 앞으로 밀어 1분에 몇 미터씩 움직이고, 바위는 그 아래의 부드러운 진흙에 자국을 남깁니다. 즉 돌은 저절로 움직이는 것도, 물에 떠다니는 것도 아닙니다. 거의 보이지 않는 얇은 얼음이 돌을 밀고 있는 것입니다.

Lenticular clouds, known to scientists as altocumulus lenticularis, look like something from another world. They are smooth, lens-shaped discs that hang over or just behind mountain peaks, sometimes stacked like a pile of plates. Strong winds blow all around them, yet they stay in the same place for a long time. Not surprisingly, people often report them as UFOs.

과학자들이 고적운 렌즈구름이라고 부르는 렌즈구름은 마치 다른 세계에서 온 것처럼 보입니다. 이 구름은 산봉우리 위나 바로 뒤에 떠 있는 매끄러운 렌즈 모양의 원반으로, 때로는 접시를 쌓아 놓은 것처럼 여러 층으로 겹쳐 있습니다. 주변에는 강한 바람이 부는데도 오랫동안 같은 자리에 머뭅니다. 사람들이 이 구름을 UFO로 신고하는 일이 잦은 것도 놀랄 일이 아닙니다.

They form when a steady, moist wind blows over a mountain. The mountain pushes the air up and sets off a series of waves in the air behind it, a bit like the ripples in a stream behind a rock. Where the air rises to the top of a wave, it cools and its moisture turns into cloud. Where it sinks again, it warms up and the cloud disappears. Air keeps flowing through the cloud, but because the cloud keeps forming on one side and disappearing on the other, it seems to stand still. Lenticular clouds are often seen over lone mountains such as Mount Fuji in Japan, Mount Rainier in the United States and the Matterhorn in the Alps.

렌즈구름은 습한 바람이 꾸준히 산을 넘어갈 때 생깁니다. 산은 공기를 위로 밀어 올리고, 산 뒤쪽의 공기에 연이은 파동을 일으킵니다. 개울물이 바위 뒤에서 잔물결을 일으키는 것과 조금 비슷합니다. 공기가 파동의 꼭대기로 올라가는 곳에서는 공기가 식으면서 수증기가 구름이 됩니다. 공기가 다시 내려가는 곳에서는 공기가 따뜻해지면서 구름이 사라집니다. 공기는 계속해서 구름 속을 지나가지만, 구름이 한쪽에서는 끊임없이 생기고 다른 쪽에서는 사라지기 때문에 멈춰 있는 것처럼 보입니다. 렌즈구름은 일본의 후지산, 미국의 레이니어산, 알프스의 마터호른처럼 홀로 우뚝 솟은 산 위에서 자주 볼 수 있습니다.

Every fall, hundreds of millions of monarch butterflies fly south from Canada and the northern United States. Some travel more than 4,000 kilometers to reach the fir forests in the mountains of central Mexico. There they spend the winter packed together on the trees in such huge numbers that their weight can bend the branches.

해마다 가을이면 수억 마리의 제왕나비가 캐나다와 미국 북부에서 남쪽으로 날아갑니다. 어떤 나비는 4,000킬로미터가 넘는 거리를 날아 멕시코 중부 산지의 전나무 숲에 도착합니다. 나비들은 그곳에서 나무에 빽빽하게 모여 겨울을 나는데, 그 수가 엄청나서 무게 때문에 나뭇가지가 휠 정도입니다.

The strangest part is that no single butterfly makes the whole round trip. The monarchs that leave Mexico in spring lay eggs in the southern United States and die. Their young continue north, and only after three or four generations does a new generation fly all the way back. So the butterflies that arrive in Mexico each fall have never been there before: they are usually the great-great-grandchildren of the ones that left. Scientists believe they find their way with a sun compass, corrected for the time of day by a clock in their antennae, and they may also sense Earth's magnetic field. How an insect with such a tiny brain finds a small patch of forest it has never seen is still not fully understood.

가장 놀라운 점은 왕복 여정 전체를 해내는 나비가 한 마리도 없다는 것입니다. 봄에 멕시코를 떠난 제왕나비는 미국 남부에서 알을 낳고 죽습니다. 그 새끼들이 계속 북쪽으로 날아가고, 서너 세대가 지나서야 새로운 세대가 먼 길을 거슬러 돌아갑니다. 따라서 해마다 가을에 멕시코에 도착하는 나비들은 그곳에 한 번도 가 본 적이 없습니다. 대개는 떠났던 나비들의 고손자뻘입니다. 과학자들은 이 나비들이 태양 나침반으로 방향을 찾고, 더듬이 속의 시계가 하루 중 시간에 맞춰 이 나침반을 보정한다고 생각합니다. 또한 지구 자기장도 감지할 수 있는 것으로 보입니다. 이렇게 작은 뇌를 가진 곤충이 한 번도 본 적 없는 작은 숲을 어떻게 찾아내는지는 아직 완전히 밝혀지지 않았습니다.

Long before science could explain them, natural phenomena found their way into stories and beliefs. In Finnish folklore, the northern lights were sparks thrown into the sky by the tail of a fox running across the snow, and the Finnish word for them, revontulet, means “fox fires.” The Sami people of northern Scandinavia treated the lights with respect and told children not to wave or whistle at them. In Mexico, the monarchs arrive around the Day of the Dead in early November, and many people believe they carry the souls of the dead.

과학이 설명할 수 있게 되기 훨씬 전부터 자연 현상은 이야기와 신앙 속에 자리 잡았습니다. 핀란드 민간 전승에서 북극광은 눈밭을 달리던 여우가 꼬리로 하늘에 흩뿌린 불꽃이었고, 이 빛을 가리키는 핀란드어 레본툴렛은 '여우의 불'이라는 뜻입니다. 스칸디나비아 북부의 사미족은 이 빛을 경외하며 아이들에게 빛을 향해 손을 흔들거나 휘파람을 불지 말라고 일렀습니다. 멕시코에서는 제왕나비가 11월 초 망자의 날 무렵에 찾아오는데, 많은 사람이 이 나비들이 죽은 이들의 영혼을 싣고 온다고 믿습니다.

These events still affect us today. Psychologists who study awe, the feeling we get in front of something so vast that we can't fully take it in, have linked it to lower stress, a stronger sense of connection to other people and more generous behavior. Standing under the aurora or on a beach full of glowing waves, many people say they feel small, but in a good way.

이런 현상들은 오늘날에도 우리에게 영향을 줍니다. 경외감, 곧 너무나 거대해서 다 헤아릴 수 없는 무언가 앞에서 느끼는 감정을 연구하는 심리학자들은 이 감정이 스트레스 감소, 다른 사람과의 더 강한 유대감, 더 너그러운 행동과 관련이 있다고 밝혔습니다. 오로라 아래나 빛나는 파도가 가득한 해변에 서 있으면 자신이 작게 느껴지지만, 그것이 기분 좋은 느낌이라고 말하는 사람이 많습니다.

Auroras, glowing seas, sailing stones and migrating butterflies all have scientific explanations, or at least good working theories. Some, like ball lightning, still keep part of their secret, and discoveries keep coming: the sailing stones were caught moving for the first time only in 2013.

오로라, 빛나는 바다, 움직이는 돌, 이동하는 나비에는 모두 과학적 설명이 있거나 적어도 설득력 있는 가설이 있습니다. 하지만 구전광처럼 아직 비밀의 일부를 간직한 현상도 있으며, 새로운 발견도 이어지고 있습니다. 움직이는 돌이 처음으로 움직이는 모습이 포착된 것은 2013년이 되어서였습니다.

Science has not taken the wonder out of these events. Knowing that a butterfly steers by the Sun with the help of a clock in its antennae, or that a wave glows because of billions of tiny plankton, only makes them more interesting. Many of these sights are also easy to reach. A winter trip to the far north or a dark beach on a warm night may be enough to see one for yourself.

과학은 이런 현상에서 경이로움을 빼앗지 않았습니다. 나비가 더듬이 속 시계의 도움을 받아 태양을 보고 길을 찾는다는 것, 또 파도가 수십억 마리의 작은 플랑크톤 덕분에 빛난다는 것을 알면 오히려 더 흥미로워질 뿐입니다. 게다가 이런 광경 가운데 상당수는 그리 멀리 있지 않습니다. 겨울에 먼 북쪽으로 떠나는 여행이나 따뜻한 밤의 어두운 해변만으로도 그중 하나를 직접 눈으로 보기에 충분할지 모릅니다.