오피니언일반

기상이야기…하늘은 왜 파랄까?

하늘은 왜 파랄까?

전준항

대구지방기상청장

지난 4일은 24절기 가운데 다섯 번째에 해당하는 청명이다. 춘분과 곡우 사이에 있으며, 음력으로는 3월, 양력으로는 4월 5~6일 무렵이다. 청명은 하늘이 차츰 맑아진다는 뜻을 지녔는데, 보통 한식의 하루 전날이거나 한식과 같은 날이 많다. 그리고 예부터 청명은 손 없는 날이라고 해서 산소 돌보기, 집수리 등 겨우내 미뤄뒀던 일을 하곤 했다.

청명이 지났지만 코로나19 감염 예방을 위해 외출을 자제하고 집안에 머무르는 시간이 많아지면서 맑은 날, 따스한 햇살 아래 여유로운 산책이 그립기도 하다.

‘맑은 날’이라고 하면 먼저 ‘파란 하늘’이 떠오른다. 맑은 날, 하늘이 파랗게 보이는 것은 왜일까? 그것은 햇빛의 산란 때문이다.

햇빛은 아무 색이 없이 투명한 것 같지만 사실은 무지개의 일곱 빛깔을 모두 포함하고 있다. 이런 일곱 빛깔들이 공기나 물 알갱이와 부딪히면 반사하고 흩어지게 되는데 이렇게 빛이 다른 물체와 부딪쳐 흩어지는 것을 빛의 산란이라고 한다. 파란색, 남색, 보라색은 상대적으로 파장이 짧기 때문에 다른 빛보다 더 많이 산란하고, 그 중에 특히 우리 눈에 파란색이 더 잘 보이기 때문에 하늘이 파랗게 보이는 것이다.

하지만 맑은 날 하늘이 파랗지 않은 날도 있는데 바로 먼지 때문이다. 미세먼지와 같이 공기 중에 먼지가 많은 날에는 하늘이 파랗지 않고 흐리게 보이게 된다. 먼지는 공기 알갱이보다 커서 모든 빛을 흩뜨리게 되는데 파란색 이외에 다른 색깔들도 산란이 일어나 뿌연 하늘로 보이게 되는 것이다. 새벽녘이나 해질 무렵에는 햇빛이 낮보다 상대적으로 두꺼운 대기를 통과하므로 파란빛은 대부분이 대기 속에서 산란되어 지표면에 도달하지 못하고 붉은빛이 지표면에 도달하여 하늘이 붉게 보이는 것이다.

입자에 빛을 쪼이면 입사광과 같은 진동수를 가진 산란광이 생긴다. 빛의 파장보다 훨씬 작은 입자에 의한 산란을 레일리 산란이라고 하며, 이 때 산란광의 세기는 파장의 네제곱에 반비례한다. 레일리 산란의 예로는 맑게 갠 날 하늘이 푸르게 보이고, 해뜨기 전 동쪽 하늘이나 해진 후의 서쪽 하늘이 붉게 보이는 현상 등이 있다.

빛의 산란현상으로 삼각형 기둥으로 만들어진 프리즘을 떠올릴 것 같은데 프리즘을 통과한 빛이나 비가 그친 후 볼 수 있는 무지개는 빛의 굴절 현상이다. 반면, 빛의 산란은 태양 빛이 공기 중의 질소, 산소, 먼지 등과 같은 작은 입자들과 부딪칠 때 빛이 사방으로 재방출되는 현상을 말한다.

산란은 반사, 굴절, 분산을 포함하며, 빛이 투과하는 매체의 크기와 모양, 굴절률, 빛의 파장에 따라 영향을 받게 되는데 빛의 산란은 파장이 짧은 빛일수록 더 잘 일어나게 된다. 파장이 짧을 경우, 파장은 짧지만 대신 에너지가 높기 때문에 다른 입자와 부딪히는 횟수가 더 잦아지기 때문이다.

이런 현상들을 두고 고대 사람들은 무지개가 나타날 때 땅의 끝 지점, 즉 무지개와 땅이 만나는 지점에 분명히 보물이 숨어 있을 것이라 해서 무지개가 뜨는 날에는 어김없이 보물을 찾기 위해 여행을 떠나는 사람들이 생겨났다고 한다. 이는 아마도 무지개를 잘 동반하는 강한 소나기가 내린 뒤에 고대 유적과 같은 곳의 겉흙이 씻겨져 내려 아름다운 유물들이 발견된 데서 유래된 것으로 전해지고 있다.

한편 중국에서는 무지개가 연못에 있는 물을 모두 빨아올려 생기는 현상으로 생각했다. 이는 아메리카 인디언들에게도 있었다고 하는데, 인디언들은 무지개가 뜨면 가뭄이 올 것이라고 여겼다.

우리 조상들은 어땠을까? ‘서쪽에 무지개가 서면 소를 강가에 내매지 말라’라는 속담이 전해져 내려오는데, 무지개를 보고 홍수를 예상하였다고 한다. 이는 오늘날에 보아도 과학적으로 타당한 근거가 있다고 할 수 있다.

무지개는 물방울에 의해 나타나는 현상이기 때문에 무지개가 나타나는 곳의 대기 중에는 수증기나 빗방울이 많이 포함되어 있다는 것을 의미한다. 우리나라의 날씨는 편서풍이 불어 구름이 동쪽으로 이동하는 특성이 있다. 따라서 서쪽 무지개는 빗방울이 편서풍을 타고 몰려와 실제 비로 내릴 수 있는 가능성이 높음을 알려주는 자연현상이다.

이처럼 하늘에는 신비하고 재미있는 많은 현상들을 볼 수 있다. 빠른 시일 내에 코로나19가 종식되어 가족, 친구들과 맑은 날 파란하늘을 보면서 따스한 햇살 아래 여유로운 산책을 즐길 수 있기를 간절히 바라본다.

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