《TBN제주매거진》대기 중의 빛 현상, 무지개!(2024년 7월 18일 17:05 방송) > 칼럼/기고

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[대기 중의 빛 현상, 무지개!]

2024년 7월 18일 17:05분 방송

사단법인 한국자연재난협회 제주도지부 유종인 회장

[질문] 오늘은 대기 중의 기상현상과 무지개에 대한 이야기 해 주신다고요. 먼저 대기현상이란 어떤 것들을 말하나요?

예, 대기 중의 기상현상이란 대기나 지상 또는 지상의 물체 위에 여러 가지 형태로 나타나는 것으로 육안으로 볼 수 있거나 귀로 들을 수 있는 현상들을 말하는데요, 대기 중의 물 현상에 포함되는 구름은 습관적으로 따로 설명되는 것이 보통이라서 구름을 제외한 기상현상을 4가지, 즉 대기 중의 물 현상(Hydrometeors), 먼지 현상(Lithometeors), 빛 현상(Photometeors), 전기현상(Electrometeors)으로 크게 분류됩니다.

[질문] 그중 물 현상이란 무엇인가요?

 대기 중의 물 현상이란, 물 또는 얼음 입자들이 대기 중에서 부유 또는 낙하하거나, 바람에 의해서 불려 오르거나, 또는 지면이나 지상의 물체에 붙어있는 현상들을 말합니다. 예를 들면 비, 안개비, 눈, 진눈개비, 싸락눈, 안개, 박무, 눈보라, 이슬, 서리, 서릿발, 적설, 용오름 등 대기 중의 기상현상 중 가장 많습니다.

[질문] 그럼 대기 중 먼지 현상은 황사 같은 것을 말하는 걸까요?

 맞습니다. 대기 중의 먼지 현상이란 물이나 얼음 입자는 거의 포함되어 있지 않고 주로 고체 입자들이 대기 중에서 떠다니거나 바람에 의해서 불려 오르고 있는 현상들을 말합니다. 예를 들면 연무, 황사, 연기, 날린 먼지, 먼지 보라, 회오리바람 등이 있습니다. 계속 이어서 말씀드리면, 대기 중의 빛 현상은 해나 달빛의 반사, 굴절, 회절, 간섭에 의해서 생기는 광학적인 현상을 말하는데요, 예를 들면 무지개, 달무리, 코로나, 채운, 신기루, 아지랑이, 노을 등이고요. 마지막으로 대기 중의 전기현상이란 대기 중에서 일어나는 전기적인 현상을 말하는데요, 예를 들면 천둥·번개, 번개, 천둥, 극광 등입니다.

[질문] 오늘은 그중에서 대기 중의 빛 현상에 해당하는 무지개에 대해 말씀해주시는 거군요?

 네, 무지개는 대기 중의 빛 현상에서 대표적인 현상이며 우리에게 가장 친근한 현상입니다. 무지개는 대기 중 수증기에 의해 태양광선이 굴절, 반사, 분산되면서 나타나는 기상학적 현상입니다. 무지개는 하늘에서 태양이 위치한 반대편에 형성되며, 대부분 호 모양으로 생기지만 원형으로도 생길 수도 있는데요, 대기 중에 물방울이 있고 태양광선이 낮은 위도로 있을 때 무지개 생길 확률이 상대적으로 높으므로 아침에 서쪽 하늘에서 초저녁에는 동쪽 하늘에서 주로 관측됩니다.

[질문] 무지개를 발견하면 어떨 때는 정말 가까워 보이지만 사실 실제 무지개가 생기는 곳에 가까워질 수가 없는데, 그것도 이유가 있을까요?

네, 사실 무지개는 인공적으로도 만들 수 있는데요, 태양을 등지고 분무기로 물을 뿜으면 무지개가 보이는 현상을 누구나 한번 쯤 경험했을 겁니다. 하지만 무지개는 실제 물체가 아닌 광학적 환각으로 나타나는 현상으로 물리적으로 다가갈 수가 없습니다. 관찰자의 위치로부터 특정 거리에서 생기지 않고 공기 중 물방울들에 의한 빛의 굴절, 반사, 분산에 의해 발생하여 특정 각도로 볼 때 관찰할 수 있으므로 관찰자의 위치에 따라 무지개의 위치는 달라 보일 수도 있는 겁니다.

[질문] 그럼 여러 가지 색으로 보이는 것도 결국은 빛 때문이겠네요?

 네, 조금만 더 깊게 들어가서 설명드리면, 태양광선이 물방울을 만날 때 일부 빛은 물방울에서 반사되고 일부는 굴절하게 됩니다. 태양광은 다양한 파장의 빛을 포함한 백색광이고, 서로 다른 파장의 빛은 각기 다른 각도로 굴절하게 되는데요, 파장이 길수록 작은 각도로 굴절, 즉, 파장이 긴 적색 계열 빛은 작은 굴절 각도를 가지고, 짧은 파장의 청색 계열 빛은 상대적으로 큰 굴적 각도를 가지게 됩니다. 따라서 물방울의 뒷면을 만났을 때 만나는 지점이 달라 백색광이 다양한 색을 가진 스펙트럼으로 분산되어 짧은 파장의 청색 빛은 더 큰 각도로 굴절되기 때문에 호의 안쪽에 보이게 되고, 적색 빛은 호 바깥 부분에 보이게 됩니다. 따라서 사람의 눈으로 제일 선명하게 보이는 색인 빨간, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라색 순으로 나타나는 것이죠.

[질문] 이러한 무지개도 여러 종류가 있다면서요?

 예, 먼저 제1차 무지개(primary rainbow)는 우리가 흔히 볼 수 있는 무지개로써 바깥쪽에 파장이 긴 적색, 안쪽에 파장이 짧은 청색이 나타납니다. 두 번째, 제2차 무지개(secondary rainbow)는 쌍무지개라 하는 것으로, 빗방울 안에서 빛이 두 번 굴절·반사되어 만들어지며, 흔하지는 않지만, 종종 볼 수 있습니다. 제2차 무지개는 제1차 무지개와는 달리 반지름이 약 51°로서 색의 배열순서가 반대로 나타나는 것이 특징입니다. 이외에도 빛의 간섭에 의한 과잉무지개(supernumerary rainbow), 제1차 무지개 위에 생기는 같은 크기의 엷은 무지개인 반사무지개(reflection rainbow), 테만 엷게 물든 폭이 넓은 무지개인 안개무지개(fogbow), 바다 등 수면 위에서 수평면에 줄지어 떠 있는 물방울에 의해서 생긴 수평무지개(horizontal rainbow)가 있는데요, 우리는 보통 무지개로만 알고 있는 거죠.

[질문] 이런 여러 종류의 무지개를 발견하기 위해 많은 연구가 있었겠네요.

 네, 사실 무지개의 색은 물방울의 크기와 아주 밀접한 관계가 있습니다. 물방울에 의한 광선의 굴절에 의해 처음으로 무지개를 설명한 것은 13세기에 활약한 폴란드의 자연철학자 비텔로인데요, 무지개를 구름 속의 물방울이 구슬 모양의 거울로 작용하기 때문에 상(像)이 휘어서 색조가 생기는 것으로 생각 한 겁니다. 제1차 무지개는 물방울에 의한 2회의 굴절과 1회의 반사에 의해서, 제2차 무지개는 2회의 굴절과 2회의 반사에 의해서 나타나는 것으로 알려져 있는데요, 이렇듯 무지개에 대한 연구는 도미니스, 1637년 R.데카르트(굴절 원리에 의해 무지개 설명), I.뉴턴 등 많은 학자들에 의해 설명되었으며, 특히 영국의 천문학자 G.B.에어리는 물방울의 크기의 차이에 의해서 여러 종류의 무지개가 나타나는 것을 밝히기도 했습니다.

[질문] 아름다운 기상현상인 만큼, 이와 관련한 전설이나 이야기들도 굉장히 많죠?

 우리가 항상 아름답게 보는 무지개는 그에 얽힌 전설은 수없이 많습니다. 중국에서는 무지개는 연못의 물을 빨아올려서 생기는 것으로 생각해 왔으며, 한국에서는 옛날에 무지개 현상을 보고 홍수를 예상했는데요, 한 가지 예로서 ‘서쪽에 무지개가 서면 소를 강가에 내 매지 말라’는 속담이 있습니다.

[질문] 서쪽에 무지개가 뜨면 소를 강가에 매지말라, 속담으로 내려올 정도면 어느 정도 체감해 왔던 기상학적인 이유가 있겠네요?

 서쪽 무지개는 동쪽에 태양이 있는 아침에 서쪽에 비가 오고 있음을 뜻하기 때문인거죠. 즉 한반도는 편서풍 지대에 속해 있어 모든 날씨의 변동이 서쪽에서 동쪽으로 이동하기 때문에 비 오는 구역이 점차 동쪽으로 이동하여 자기가 사는 곳까지 비가 올 가능성 있는거죠, 또한 무지개는 소나기에 잘 동반되는데, 소나기는 빗방울이 굵기 때문에 짧은 시간에 많은 양의 비가 내리는 것이 보통입니다. 따라서 홍수가 일어나기 쉽고, 홍수로 하천이 범람하여 귀중한 농가의 소를 떠내려 보내는 일이 없도록 예고한 것이라고 해석됩니다.

[질문] 해외의 경우에도 무지개와 관련한 이야기들이 많죠?

 네, 아메리카 인디언들은 우리나라와 반대로 무지개가 물을 빨아올리므로 가뭄의 원인이 된다고 생각했습니다. 또한 동남아시아의 원시민족들은 아침 무지개는 신령(神靈)이 물을 마시기 위해 나타내는 것으로 여겼으며, 무지개가 선 곳을 파면 금은보화가 나온다는 전설이 있는 나라도 있다고 합니다. 예를 들면 아일랜드에서는 금시계가, 그리스에서는 금 열쇠가, 노르웨이에서는 금병과 스푼이 무지개가 선 곳에 숨겨져 있다고 합니다. 이들 전설의 기원은 아마도 무지개를 잘 동반하는 강한 소나기가 내린 뒤에 고대 유적과 같은 곳의 표토가 씻겨져 내려서 아름다운 유물들이 발견된 데서 유래된 것이 아닌가 생각되기도 합니다.