#17. 하늘은 왜 파란색일까?

하늘은 왜 파란색일까요? 한번쯤 생각해보신 적이 있나요? 그 이유는 빛의 산란때문이니다. 빛의 산란이란 보통 빛이 공기중의 먼지나 물에 의해 사방으로 튕겨져나가는 현상을 말합니다. 우리가 바로앞에 있는 컴퓨터나 책을 볼 수 있는 이유도 빛이 물체에 닿아 사방으로 튀기면서 그 빛이 우리눈에 들어오기 때문입니다. 마찬가지로 가울은 사방으로 튕겨내지 않고 그대로 튕겨내기 때문에 우리가 우리의 모습을 그대로 볼 수 있는 것입니다. 그럼 하늘을 파란게 보이게 하는 원리에 대해 알아 보도록 하겠습니다.

 

1. 하늘이 붉은 노을이 지는 이유 무엇일까?

하늘이 파란색으로 보이는 이유는 빛의 산란 현상 때문입니다. 태양에서 발생한 빛은 다양한 파장으로 이루어져 있으며, 그 중 파장이 짧은 파란색 빛은 공기 분자와 상호작용하여 산란되는 경향이 있습니다.

이 산란된 파란색 빛은 우리 주변의 공기 분자와 충돌하면서 다양한 방향으로 흩어지게 되는데, 이것이 바로 하늘 전체에서 파란색 빛이 골고루 분포되어 보이는 원인입니다. 따라서 우리 눈에는 하늘이 파랗게 보이게 되는 것입니다.

반면 파장이 더 긴 노란색이나 빨간색 빛은 공기 분자와 상호작용하여 산란되는 정도가 적어 파란색보다 적게 분포되어 보이거나 더 멀리까지 도달할 수 있기 때문에, 일출이나 일몰 시간대에는 붉은 노을을 볼 수 있는 것입니다.

또한 붉은색의 파장이 더 멀리 가는 이유는 빛이 공기나 대기와 상호작용하는 방식 때문입니다.

공기나 대기 속에는 먼지, 수증기, 기타 입자들이 존재하며, 빛이 이들 입자들과 상호작용하면서 산란됩니다. 이때 빛의 파장에 따라 산란 정도가 다르게 일어나며, 파장이 긴 빨간색 빛은 공기나 대기 입자와 상호작용할 때 산란 정도가 작아집니다.

따라서 빨간색 빛은 더 멀리까지 도달할 수 있으며, 일출이나 일몰 시간대에는 빨간색 빛이 가장 많이 관측됩니다. 반면 파장이 짧은 파란색 빛은 공기나 대기 입자와 상호작용할 때 산란 정도가 커져서 산란되는 빛이 많아집니다.

이러한 이유로 블루레이나 블루투스 등에서 사용하는 파란색 빛은 멀리까지 도달하기 어려우며, 짧은 거리에서 빛을 발산하고 수신하는데 적합합니다. 반면 빨간색 빛은 더 멀리까지 도달할 수 있어 먼 거리에서도 시각적으로 확인하기 쉽습니다.

2. 빛의 산란이란 무엇일까?

빛의 산란은 빛이 공기나 물 등의 매질을 통과하면서 방향이 바뀌는 현상을 말합니다. 이는 빛이 매질 안에서 입자들과 상호작용하기 때문에 발생합니다.

산란은 빛의 파장에 따라 다르게 일어납니다. 파장이 짧은 파란색 빛은 공기 분자와 더 많이 상호작용하기 때문에 파란 하늘과 같은 현상이 일어나게 되고, 파장이 긴 빨간색 빛은 덜 상호작용하기 때문에 노을과 같은 붉은 색상이 보이게 됩니다.

이러한 산란 현상은 자연에서 우리가 보는 많은 현상들에 영향을 미칩니다. 예를 들어 태양이 뜰 때 빨간색 빛은 덜 산란되어 일찍 떠나지만 파란색 빛은 많이 산란되어 하늘이 푸르게 보이게 되는 것이죠. 이러한 산란 현상은 우리가 보는 빛과 색상을 이해하는 데 중요한 역할을 합니다.

 

3. 빛의 스펙트럼이란 무엇일까?

빛의 스펙트럼이란, 빛이 가지고 있는 파장의 범위를 나타내는 것입니다.

빛은 여러 가지 파장으로 이루어져 있으며, 이러한 파장에 따라 색깔이 결정됩니다. 빨간색, 주황색, 노란색, 초록색, 파란색, 남색, 보라색은 일반적으로 알려진 색깔 중 하나입니다.

그리고 이러한 각 색깔들이 결정되는 원리는 빛의 스펙트럼에 근거합니다. 빛의 스펙트럼은 여러 파장으로 이루어진 빛이 각 파장마다 가지는 세기(강도)를 그래프로 표현한 것입니다. 예를 들어, 햇빛을 스펙트럼으로 분석하면 무지개빛처럼 빨간색, 주황색, 노란색, 초록색, 파란색, 남색, 보라색 등 다양한 색깔의 선이 그려지게 됩니다.

이 스펙트럼에서 특정 파장의 선이 강하게 나타나는 경우, 그 파장에 해당하는 색깔이 강하게 나타난다는 것을 의미합니다. 예를 들어, 햇빛의 스펙트럼에서 빨간색에 해당하는 파장의 선이 강하게 나타나면, 햇빛이 빨간색으로 빛나는 것입니다.

이러한 빛의 스펙트럼은 과학 연구나 기술 응용 분야에서 매우 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 광통신 기술에서는 다양한 파장의 빛을 이용해 데이터를 전송하는데, 이때 빛의 스펙트럼을 분석하여 데이터를 안정적으로 전송할 수 있도록 조절합니다.

 

4. 우리눈은 어떤색이 더 잘 보일까?

 

우리 눈이 보라색보다 붉은 색을 더 잘 본다는 것은 인간의 시각 체계에 관련된 이야기입니다.

우리 눈의 망막은 세 가지 종류의 광감지 세포, 즉 원봉세포, 구봉세포, 장원봉세포를 포함하고 있습니다. 각 세포들은 다양한 파장의 빛을 감지하며, 붉은색을 감지하는 장원봉세포는 보라색을 감지하는 원봉세포나 파란색을 감지하는 구봉세포에 비해 더욱 민감하게 반응합니다.

그래서 보라색과 같이 짧은 파장을 가진 빛은 원봉세포에서 더욱 높은 반응률을 보이지만, 인간 눈에서 실제로 볼 수 있는 보라색의 스펙트럼은 매우 작아서 눈에 띄지 않습니다. 반면 붉은색은 장원봉세포에서 더욱 높은 반응률을 보이기 때문에 우리는 붉은색을 더욱 뚜렷하게 인식할 수 있습니다.

이러한 인간의 시각 체계 특성 때문에, 인간은 붉은색과 주황색 같은 따뜻한 색조를 더욱 뚜렷하게 인식하며, 보라색 같은 차가운 색조보다는 붉은색과 비슷한 색조를 선호하게 됩니다.

5. 우리 일상생활에서 언제 빛의 산란을 경험할까요?

일상생활에서 빛의 산란은 여러 가지 상황에서 일어납니다. 빛이 물체에 부딪혀서 산란되면, 그 물체에서 빛이 반사되어 우리 눈에 도달하게 됩니다. 이러한 현상은 다양한 일상생활에서 발생합니다.

예를 들어, 햇빛이 비에 부딪혀서 산란되면 무지개가 나타나게 됩니다. 빛이 비에 부딪혀서 산란되면, 빨간색, 주황색, 노란색, 초록색, 파란색, 남색, 보라색 등 다양한 색깔의 빛이 나타나게 됩니다.

또한, 산란은 공기 중의 먼지나 스모그 등 불순물로 인해 발생할 수도 있습니다. 이러한 불순물이 빛을 산란시키면, 빛이 고르지 않게 흩어지게 되어 더욱 밝게 보이게 됩니다. 이런 현상은 일상생활에서도 자동차의 먼지나 연기 때문에 멀리서 볼 때 자동차나 건물 등이 더욱 선명하게 보이는 것을 경험할 수 있습니다.

마지막으로, 일상생활에서 빛의 산란은 빛의 반사에도 관여합니다. 물체에 빛이 닿아 반사되면, 그 반사되는 빛 중 일부는 다시 공기 중에 산란되어 우리 눈에 도달하게 됩니다. 이러한 반사된 빛이 공기 중에 산란되면, 물체가 더욱 밝게 보이게 됩니다. 예를 들어, 밝은 태양빛이 거울에 반사되면 거울 주위가 더욱 밝아지는 것을 볼 수 있습니다.