최근 겨울이 지나고 봄이오자 슬슬 봄비가 찾아오기 시작하는데요, 봄비와 함깨 찾아오는것이 있습니다.
바로 무지개 입니다.
비가 그친 뒤 하늘에 예쁘게 걸린 무지개를 보면 누구나 기분이 좋아지죠.
하지만 막상 아이들이나 친구가 "무지개는 왜 생기는 거야?"라고 물으면 말문이 막히는 분들이 많으신것 같더라구요.
'프리즘'이나 '빛의굴절'같은 단어는 들어보긴 했지만 정확히 어떤 식으로 설명해야될지 모르시는 분들을 위해
오늘는 무지개의 생성원리에 대해 설명해 드리겠습니다!
우리가 보는 '투명한 햇빛'의 반전
먼저 우리가 매일 보는 햇빛에 대해 알아야 합니다.
햇빛은 아무 색이 없는 투명한 빛처럼 보이죠?
하지만 사실 그 안에는 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라색이 모두 섞여 있습니다.
모든 색이 빈틈없이 섞여 있으면 우리 눈에는 색이 없는 '하얀 빛'으로 보이게 됩니다.
무지개는 이 섞여 있던 색들이 어떤 계기로 인해 "나 여기 있어!" 하고 제각각 흩어지면서 정체를 드러내는 현상이에요.
빛을 갈라주는 마법사, '프리즘'
섞여 있는 빛을 하나하나 나누려면, 빛의 경로를 살짝 꺾어줘야 합니다.
이때 필요한 도구가 바로 ‘프리즘’입니다.
빛은 공기 중에서는 곧게 나아가다가, 유리나 물처럼 밀도가 높은 물질을 만나면 속도가 느려지면서
진행 방향이 꺾이는데 이를 ‘굴절’이라고 합니다.
여기서 중요한 점은, 빛은 색상마다 꺾이는 정도가 서로 다르다는 것입니다.
그 이유는 각 색깔마다 파장의 길이가 서로 다르기 때문입니다.
하늘에 떠 있는 수억 개의 '물방울 프리즘'
그렇다면 하늘에는 유리 프리즘도 없는데, 어떻게 무지개가 생길까요?
바로 비가 온 뒤 공기 중에 남아 있는 작은 물방울들이 프리즘 역할을 대신하기 때문입니다.
이 물방울 속에는 물질이 촘촘히 모여 있어, 빛이 통과하는 순간 굴절이 일어나게 됩니다.
물방울 안에서 일어나는 마법 (굴절과 반사)
이렇게 빛이 물방울로 들어오면 가장먼저 빛의 굴절이 일어납니다.
이렇게 굴절된 빛은 물방울 반대편에서 다시 반사되어 돌아오는데요.
반사되어 돌아온 빛들이 다시 물방울 밖으로 나오면서 밀도차이에 의해 한번더 굴절되게 됩니다.
이 과정을 "제1 굴절 (입사) - 전반사 (내부 반사) - 제2 굴절 (출사)" 거치쳐서 우리눈으로 들어오는것이 무지개인 셈이죠.
왜 무지개는 '둥근 아치형'일까?
이유는 우리가 볼 수 있는 빛의 각도가 정해져 있기 때문입니다.
비 온 뒤 공기 중의 물방울에 들어간 빛은 굴절되고,내부에서 한 번 반사된 뒤 다시 나오면서 특정한 각도로 퍼지게 됩니다.
이때 우리 눈에 무지개로 보이는 빛은, 물방울에서 나와 눈에 들어올 때 약 40~42도의 각도를 이룰 때뿐입니다.
이 조건을 기준으로 생각해 보면, 내 눈을 중심으로 해서 42도의 각도를 유지하는 모든 지점을 연결했을 때
하나의 ‘원’이 만들어집니다. 즉, 무지개는 원래부터 원형 구조를 가지고 있는 것입니다.
다만 우리는 땅 위에 서 있기 때문에 그 원의 아래쪽 부분이 지면에 가려지게 됩니다.
그래서 실제로는 원이지만, 우리 눈에는 반원 형태의 아치로 보이는 것이죠.
만약 비행기처럼 높은 곳에서 아래를 내려다본다면, 지면에 가리지 않은 완전한 원형의 무지개를 볼 수도 있습니다.
무지개를 더 잘 보기 위한 꿀팁
무지개를 잘보기 위해서는 2가지를 기억하세요.
첫번째로 태양을 등지고 서세요.
두번때로 비가온뒤 태양이 잘 비치는 곳을 바라보세요.
무지개는 햇빛과 물방울, 그리고 그것을 바라보는 우리의 위치가 완벽하게 맞았을 때 나타나는 자연의 선물입니다.
이제 무지개를 보면 "아, 지금 수많은 물방울이 빛을 열심히 나누고 있구나" 하고 떠올려 보세요.