'하늘이 푸른 이유' 설명할 수 있을까요? 노을이 붉은 이유도 설명

'하늘이 푸른 이유' 설명할 수 있을까요?  노을이 붉은 이유도 설명

파랗고 청청한 하늘을 좋아합니다.
그런데 구름 한 점 없는 하늘은 늘 아름다운 푸른색으로 보입니다.

푸른 하늘

'하늘은 왜 파란색을 하고 있을까?'
푸른 하늘을 보았을 때 이러한 의문을 떠올린 사람이 있을 것입니다.

공기는 투명하고, 태양빛도 흰색이라고 할 수 있는데, 하늘이 푸르게 보이는 수수께끼에는 '어떤 과학현상'이 관련돼 있습니다.
이 내용을 읽은 당신도 그 의문 대한 답을 누군가에게 설명할 수 있을 것입니다.

◆ 하늘이 푸른 이유는 대기에 의한 '태양광 산란'과 관련이 있었다

「산란」의 이미지

대기 중에서는 청색 빛이 공기 중의 산소나 질소 등의 분자에 충돌하여 이 산란이 발생합니다.
그렇기 때문에 태양빛 중에 푸른빛이 다른 색의 빛보다 더 많이 대기를 통해서 우리 눈에 들어오는 것입니다.

덧붙여서 태양의 빛에 포함되는 색은, 각각 독자적인 파장을 가지고 있어, 빨강→초록→파랑→보라의 순서로 그 파장이 짧아집니다.

태양의 백색광을 '프리즘'에 통과시킴으로써 포함되어 있던 색을 분산시킬 수 있다
태양의 백색광을 '프리즘'에 통과시킴으로써 포함되어 있던 색을 분산시킬 수 있다 / credit: 알기 쉬운 고등학교 물리의 방

빛의 파장이 짧을수록 강하게 산란하기 때문에 하늘이 파랗게 보이는것입니다(더 파장이 짧은 보라색으로 보이지 않는 것은 보라색 빛을 인간의 눈이 느끼기 어렵기 때문).

◆ 하지만 항상 하늘은 푸른 걸까요?
아침이나 저녁이 되면 전혀 다른 색으로 보이는 것. 그 이유는 무엇일까요?

아침 빛, 저녁 노을이 붉어지는 이유는?
하늘은 계속 푸른 것이 아니라 아침이나 저녁이 되면 '붉은 하늘'을 보여줍니다.

산란의 원인은 공기 중에 있는 산소나 질소 등의 작은 입자.
노벨 물리학상을 수상한 레일리에 의해 이 현상이 해명되었고, '산란의 세기는 파장의 4승에 반비례한다'는 것으로 알려졌습니다.

즉 파장이 긴 붉은 빛이, 푸른 빛보다 강하게 산란되는 경우는 있을 수 없습니다(구체적으로는 붉은 빛은 푸른 빛의 약 2배의 파장을 가지므로, ....2의 4승=16배 약합니다).

그럼 왜 우리 눈은 노을을 붉게 식별하는 걸까요?
그 이유는 지평선 근처의 태양빛은 공기 중의 긴 거리를 통과하여 우리 눈에 닿기 때문에 푸른 빛은 완전히 산란되어 버리는데, 붉은 빛은 똑바로 닿기 때문입니다.

서울이 낮일 때 하와이는 저녁.빛이 지나가는 공기의 층이 두꺼운 것을 알 수 있다.
서울이 낮일 때 하와이는 저녁.빛이 지나가는 공기의 층이 두꺼운 것을 알 수 있다. / credit: 알기 쉬운 고등학교 물리의 방

즉 붉게 보이는 이유도 '푸른 빛의 산란(散乱)' 때문입니다.
참고로 이 산란은 햇빛에만 일어나는 현상이 아닙니다.

지평선 근처의 별이나 달도 붉어져 보이기 때문에, 관심을 가지고 저녁의 동쪽 하늘을 확인해 보면 됩니다.

◆ 결론 : 하늘이 파란 이유
우리가 매일 보는 푸른 하늘에도 신기한 과학 현상이 숨어 있었습니다.
"하늘이 푸르게 보이는 이유는 빛의 '산란'이었습니다"

이 현상에서,
・태양빛에는 여러 가지 색이 포함되어 있다
・빛은 푸른색에 가까워질수록 더욱 심하게 산란된다
・아침 빛이나 저녁노을은 푸른빛이 다 흩어져 버렸기 때문에 붉게 보인다
라는 것도 알 수 있었습니다.

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일본 캐논 사이언스 랩
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