하늘은 왜 푸를까?

하늘은 왜 푸를까요?

맑은 가을 하늘은 푸른 색입니다. 그런데 하필 많은 색 중에서 왜 푸른 색으로 보이는 걸까요?

 

빛이 산란하기 때문입니다.

태양에서 출발한 빛 에너지는 지구에 도달합니다. 지구는 공기의 층, 즉 대기권을 가지고 있습니다. 빛이 이 대기를 통과하면서, 파장의 길이에 따라 산란합니다. 태양빛은 아주 다양한 길이의 파장으로 이루어져 있습니다. 파장의 길이에 따라서 자외선, 적외선, 가시광선, 심지어는 X선 등 방사선도 있습니다. 그 중 우리 눈에 보이는 빛을 가시광선이라고 합니다. 모든 파장의 가시광선이 한 데 모이면 흰색처럼 보이는데, 이를 실험실에서 프리즘 으로 산란시키면 빨, 주, 노, 초, 파, 남, 보의 여러 가지 색이 보입니다. 프리즘이 빛을 산란시키듯, 지구의 대기도 빛을 산란시킬 수 있습니다.

 

 

빛은 태양이나 전등 등의 빛을 내고 있는 것, 즉 광원에서 주위로 퍼져 나가는 파장입니다. 빛의 색은 파장의 마루에서 마루까지의 길이(파장)에 의해 결정됩니다. 빨, 주, 노 , 초, 파, 남, 보의 빛 스펙트럼에서 적색 쪽으로 갈 수록 파장이 길고, 보라색 쪽으로 갈 수록 빛은 파장이 짧습니다. 참고로 적색 빛보다 파장이 길어지면 적외선, 보라색보다 파장이 짧아지면 자외선 및 X선이나 감마선으로 분류합니다.

 

파장이 짧은 빛은, 공기중의 질소나 산소등의 기체 분자에 의해 쉽게 흩어지며 이리 저리로 퍼집니다. 이 현상을 ’산란’이라고 하며, 파장이 짧은 빛일수록 잘 산란합니다. 즉, 파장이 짧은 청색의 빛은 파장이 긴 적색의 빛에 비해 산란하기 쉽기 때문에 하늘은 파랗게 보이는 것입니다.

 

그렇다면 노을은 왜 붉을까요?

그렇다면 낮에는 푸르게 보이는 하늘이 아침이나 저녁 노을이 질 때 붉게 보이는 이유는 무엇일까요? 이것은 태양광이 지구에 도달하는 각도와 관련이 있습니다. 아침이나 저녁에는 태양이 지구 수평선 근처의 낮은 위치에 있어, 태양광이 지구의 대기층을 지나 지상에 머무르기까지의 거리가 길어집니다. 이 시간 동안 푸른 빛의 대부분은 흩어져 없어져 버려, 흩어지기 어려운 붉은 색과 엄청난 색의 빛이 많이 남아 있습니다. 이렇게 해서 우리의 눈에는 하늘이 붉게 보인다는 것입니다.

 

무지개가 생기는 이유도 비슷합니다

태양빛은 여러 가지 파장의 빛이 한 데 모여 있다고 했습니다. 이 태양빛이 대기중의 물방울 입자를 만나게 되면, 물방울 입자는 프리즘의 역할을 합니다. 한 데 모여있던 빛을 파장의 길이에 따라 각각 다양한 각도로 굴절하고 분산하기 때문입니다. 그럼 빛은 실제로는 물방울에 한 데 모여 있지만, 우리 눈에는 여러 가지 색으 빛이 각각 다른 위치에서 빛이 오고 있는 것처럼 보이게 됩니다. 굴절률이 가장 낮은 빨간색이 가장 바깥쪽에 있게 되고, 굴절률이 가장 높은 보라색이 가장 안쪽에 있게 됩니다. 무지개의 실제 모양은 원형이지만, 우리는 주로 땅 위에서 무지개를 관찰하기 때문에 반쪽이 가려진 형태의 무지개를 관찰합니다. 그래서 반원 형태의 무지개를 주로 보는 것입니다. 그러나 만약 기회가 되어 비행기를 타고 가다가 무지개를 보게 된다면, 원형의 무지개를 볼 수 있을 것입니다.