하늘은 왜 파란색일까?!-과학적 이유

파란 하늘을 보면 마음이 편해집니다. 아무 생각없이 하늘을 올려다 보고는 파란 하늘을 보게되는데요. 우리 모두 당연히 하늘은 파란색이라고 인식을 하고 있습니다. 하지만 문득 왜 많고 많은 색 중에 파란색일까에 대해 궁금증이 들었는데요. 과학적인 그 이유를 알아보도록 하겠습니다.

하늘이 파란색으로 보이는 이유는 레이리 산란(Rayleigh scattering)이라는 현상 때문입니다. 이 현상은 빛이 지구 대기 중의 작은 입자들(주로 질소와 산소 분자)에 의해 산란될 때 발생하는데, 빛의 파장에 따라 산란되는 정도가 달라지기 때문에 하늘이 파란색으로 보이게 됩니다.

 

빛의 구성

태양빛은 여러 색의 빛이 섞인 백색광입니다. 이 백색광은 무지개에서 볼 수 있듯이 다양한 색으로 나뉘며, 이 색들은 각기 다른 파장을 가지고 있습니다. 가장 짧은 파장은 보라색, 가장 긴 파장은 빨간색입니다. 빛의 파장은 아래와 같습니다:

• 보라색: 약 380nm
• 파란색: 약 450nm
• 녹색: 약 550nm
• 노란색: 약 580nm
• 주황색: 약 600nm
• 빨간색: 약 700nm

파장이 짧을수록 빛이 더 많이 산란되고, 파장이 길수록 덜 산란됩니다.

대기의 입자와 빛의 산란

지구 대기에는 주로 질소(N₂)와 산소(O₂) 분자가 많이 포함되어 있습니다. 이 분자들은 빛의 파장보다 훨씬 작습니다. 빛이 이 작은 입자들과 만나게 되면 빛의 일부가 다양한 방향으로 퍼져나가는 현상을 산란이라고 부릅니다. 특히 대기의 분자들이 빛의 짧은 파장을 더 잘 산란시키기 때문에 레이리 산란이 발생합니다.

레이리 산란은 빛의 파장이 짧을수록 더 강하게 일어납니다. 따라서, 태양빛이 대기를 통과할 때 짧은 파장의 파란색 빛과 보라색 빛이 더 많이 산란됩니다. 그러나, 보라색 빛보다 파란색 빛이 더 잘 보이는 이유는 다음과 같습니다.

 

그 중에서 파란색이 보이는 이유

태양빛 중 보라색도 파란색과 마찬가지로 짧은 파장을 가지고 있어 산란이 많이 일어나지만, 우리가 하늘을 볼 때 보라색보다는 파란색이 더 두드러집니다. 그 이유를 살펴보면

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• 인간의 눈의 감각: 인간의 눈은 파란색에 민감한 세포가 많고, 보라색 빛에 대한 감각이 상대적으로 약합니다. 따라서, 보라색보다는 파란색을 더 잘 인식하게 됩니다.
• 태양빛의 구성: 태양빛에는 보라색 빛이 파란색 빛에 비해 적습니다. 그래서 보라색 빛이 산란되더라도 우리가 보는 하늘의 색은 파란색이 더 두드러집니다.

 

그렇다면 왜 노을은 붉은색인가?

노을이 붉은 이유는 태양이 지평선에 가까워질 때, 빛이 대기를 통과하는 경로가 더 길어지기 때문입니다. 이때, 짧은 파장의 파란색 빛은 대기 중에서 거의 다 산란되고, 긴 파장의 붉은색 빛만이 남아 우리의 눈에 도달하게 됩니다. 그래서 해 질 무렵의 하늘은 붉은색 또는 주황색으로 보입니다.

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결론적으로 가장 먼저 설명했던 하늘이 파란색으로 보이는 과학적인 이유는 빛의 파장과 대기 중 분자들의 상호작용으로 인한 레이리 산란 현상 때문입니다. 짧은 파장의 파란색 빛이 더 많이 산란되어 우리 눈에 들어오기 때문에, 우리는 하늘을 파란색으로 인식하게 되는 것입니다.

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