by
Jan 04. 2024
연문위키 - 1편. 봄(See) ⑤
5) 비로소 빛을 보다.
※ 연문위키는 연관지식과 문해력 위주의 읽기 경험 키우기 프로젝트의 준말입니다.
빛은 어떻게 보이나요?
빛의 분산 : 색깔별로 굴절률이 다르다.굴절이 된 빛은 다양한 색으로 나뉘는데 이를 분산(分散, dispersion)이라고 합니다. 프리즘 실험에서 빛이 굴절될 때 색이 나눠지는 이유는 빛의 색깔별로 파장이 다르기 때문입니다. 가시광선 중에서는 빨간색 → 보라색으로 갈수록 파장이 짧아집니다. 그리고 파장마다 굴절률이 다르죠. 파장이 긴 붉은빛은 항상 가장 위에 위치하여 덜 꺾이고, 아래쪽에는 파장이 짧은 보랏빛이 가장 크게 꺾입니다. 이 순서는 항상 동일합니다. 다시 말해 파장이 길어지면 굴절률은 감소한다고 할 수 있습니다.
햇빛은 흰색이다.한낮에 집안으로 비추는 새하얀 햇빛을 본 적이 있나요? 햇빛과 같이 모든 색의 빛이 포함된 빛을 백색광(白色光, White light)이라고 하고, 분산되어 각각의 고유한 색을 띠는 빛을 단색광(單色光, monochromatic light)이라고 부릅니다.
그리고 빛이 물체에 부딪혀 반사되면, 원래 빛이 가려는 곳에는 '그림자(shadow)'가 생깁니다. 빛이 없어 검게 보이게 되죠. 그림자는 '태양으로부터 나오는 모양'이라는 순우리말입니다.
비 갠 후 물방울에 분산된 무지개 - 쌍무지개를 보면 복권을 사자.빛의 분산은 빛이 물방울을 통과할 때 흔히 볼 수 있으며, 비가 개었을 때 공기 중에 있는 물방울에 분산된 빛이 바로 무지개입니다. 무지개가 주로 비가 갠 뒤에 생기는 이유는 비가 갠 뒤 생긴 아주 작은 물방울이 마치 프리즘과 비슷한 역할을 하기 때문입디다. 맑은 날 분무기를 들고나가 해를 등진 다음 약 40 º 정도 위를 향해 물을 뿌리면 무지개를 인공적으로 만들어 낼 수 있습니다.
※ 인공(人工, artificiality) : 사람의 일 / 사람이 하는 일 또는 사람의 힘으로 자연에 대하여 가공하거나 작용을 하는 일 (유의어 : 인위, 인조 / 반대어 : 자연, 천연)
백색광인 햇빛이 물체에 부딪혀 '반사'되어 '산란'되면 비로소 색이 나타납니다. 맑은 낮의 하늘이 파랗게 보이거나 노을의 하늘이 붉게 보이는 것도 다 분산된 빛 중 일부가 반사되어 방향을 바꾸는 산란(散亂, scattering)이 되기 때문입니다.
낮에서 노을로 넘어가는 때, 다양한 색을 보여주는 하늘같은 하늘이지만 한낮의 하늘과 노을질 때의 하늘의 색은 완전히 다릅니다. 태양으로부터 출발한 빛은 지구의 대기를 통과하면서 대기와 부딪쳐 흡수되거나, 반사되어 방향이 바뀌게 됩니다. 앞에서도 말한 것처럼 빛은 파장이 짧을수록(보, 남, 파) 산란이 더 잘 일어납니다. 빛의 도달거리가 상대적으로 짧은 한낮에는 보라색은 대부분 산란되어 사라져 눈에 보이지 않고, 좀 더 파장이 긴 파란색의 하늘을 볼 수 있습니다.
하지만 저녁노을이 질 때는 햇빛이 대기를 통과하는 경로가 길어지면서 더 많이 산란하게 되는데, 이때 파장이 짧은 보라색 ~ 초록색이 모두 산란되어 우리 눈에 닿기 전에 사라지게 되고, 파장이 긴 노란색, 주황색, 빨간색이 산란되면서 붉은 노을을 볼 수 있게 됩니다.
그럼 빛을 반사하지 않는 물질도 있을까요?
반타블랙 물감으로 칠한 얼굴 조각상 - 마치 구멍이 뚫린 것만 같다.일반적으로 흰색은 빛은 반사하고, 검은색은 빛을 흡수합니다. 다시 말해 검은색은 빛을 잘 반사하지 않지요. 반타블랙(Vanta Black)은 빛의 99.965%를 흡수할 수 있는 물질입니다. 99.995% 흡수하는 신물질도 연구되고 있습니다. 반타블랙이 도포된 물체의 표면은 빛이 반사되지 않기 때문에 물체의 굴곡 등을 확인하기 어렵고, 구멍이 뚫린 것처럼 보입니다.
※ 도포 (塗布(진흙(도), 베(포)), spread) 약 등을 겉에 바르는 것
※ 굴곡 (屈曲, bend, curve) : 이리저리 굽어 꺾여 있음
대기가 없는 달이나 화성에서는 노을이 무슨 색으로 보일까요?
태양은 노란색이나 붉은색으로 보인다.앞에서 말한 것처럼 모든 색의 빛이 포함된 빛을 백색광이라고 부릅니다. 대표적으로 햇빛이 있죠. 그런데 우리는 보통 해를 그릴 때 노란색이나 붉은색으로 표현합니다. 실제 우리 눈에 그렇게 보이기도 하고, 태양이 불처럼 이글이글 타고 있다고 여겨서 더 그런 것 같아요. 사실 태양이 노란색이나 붉은색으로 보이는 이유는 한낮에 하늘이 파랗게 보이는 것과 같은 이유입니다. 파장이 짧은 파란색이 산란되기 때문에 파장이 긴 노란색, 빨간색 파장이 우리 눈에 더 많이 닿게 되는 것이죠
나사(NASA)의 화성탐사 로봇 큐리오시티(Curiosity)가 촬영한 화성의 노을 사진달이나 화성처럼 대기가 없는 행성은 푸른색 노을을 가지고 있습니다. 대기가 없어 낮이나 노을 모두 차가운 느낌의 푸르스름한 빛을 띱니다. 아마 화성의 대지에서 태양을 바라보면 푸른색으로 보일 거예요. 화성은 공기가 거의 없고, 먼지로 뒤덮여 있어 먼지를 통과한 빛과 돌아온 빛이 만나 파란색에서 더 강하게 간섭하기 때문에 원래 흰색으로 보이는 태양이 다소 푸르게 보인다고 합니다. 지구에서도 화산의 분화, 산불 등 대기로 막대한 양의 먼지 입자들이 퍼지면 푸른 해와 달을 관측할 수 있어요.
※ 간섭 (干涉, interference) : 직접 관계가 없는 남의 일에 부당하게 참견함 또는 (물리학에서) 두 개 이상의 파(波)가 한 점에서 만날 때 합쳐진 파의 진폭이 변하는 현상 (유사어 : 참견)
※ 분화 (噴火(뿜을(분), 불(화)), volcanic eruption) : 화산으로부터 마그마 등이 뿜어져 나오는 것을 말한다
바다는 다 파란색일까요?
바다는 파랗게 보이지만, 실제로는 투명하다.바다가 파랗게 보이는 이유도 빛의 산란 때문입니다. 바닷물은 원래 투명한 색이지만 깊이가 깊어지면 파랗게 보이죠. 빛이 바다에 부딪히면 굴절/분산이 되고 흡수되거나 반사되어 산란이 됩니다.
보통 파장이 길고 에너지가 낮은 붉은 계통의 빛부터 흡수되는데, 붉은 계통의 빛은 바닷속 18미터(m)까지 내려가면 완전히 흡수되어 사라져 버립니다. 하지만 상대적으로 파란 계통의 빛은 물 밑으로 들어가서 흡수되지 않고, 물 분자와 부딪혀 산란되는 데요, 이 산란된 파란빛 때문에 바다가 파랗게 보이는 것이죠.
※ 투명(透明(통할(투), 밝을(명)), transparency) : 통과할 정도로 밝음/빛이 산란되지 않고 물질을 통과하는 물리적 특성. 대표적으로 유리가 있다. (반의어 : 불투명, 관련어 : 투과, 투시, 삼투압)
세계에서 가장 깊은 바다인 마리아나 해구(Mariana trench) - 주변보다 훨씬 더 진한 파란색이다.빛은 보라색, 남색, 파란색 등 파장이 짧을수록 산란이 더 잘 일어납니다. 그래서 깊은 바다일수록 짙은 파란색을 띠고, 가까운 바다는 노란색과 초록색도 일부 산란되기 때문에 녹색이나 노란색을 띠기도 합니다.
에메랄드 빛 바다 - 플랑크톤의 엽록소 때문이다.간혹 파란 바다가 아닌 에메랄드색(옥색) 바다를 볼 수 있는데요, 이는 이 바다에 광합성을 하는 식물성 플랑크톤이 많기 때문입니다. 플랑크톤에 들어있는 엽록소의 색깔이 녹색이기 때문에 바다도 녹색으로 보이는 것이죠.
마찬가지로 우리나라의 서쪽 바다인 서해(西海, West Sea)는 중국의 황하(중국 동쪽 강의 이름)에서 나온 누런 흙(황토)이 유입되어 황해(黃海, Yellow Sea)라고 부르기도 한답니다. 또 지나치게 깨끗해 붉은 산호와 같은 바닷속 해조류가 그대로 비치는 덕분에 붉게 보이는 홍해(紅海, Red Sea)도 있어요. 하지만 홍해는 실제 대부분 파란색으로 보입니다.
흑해의 짙은 바다 색