우주의 신비2 빛

 

하늘은 왜 파랗고, 노을은 왜 붉을까?

 

 

푸른 하늘이나 저녁놀을 바라보며 감상에 젖다가도 문득 이런 의문이 든다. 하늘은 왜 파랄까? 노을은 왜 붉은 색이지? 우리가 보는 빛은 다양한 빛 중에서도 전자기파의 아주 일부부인 가시광선이다. 광선을 프리즘에 통과시켰을 때 나타나는 무지개색이 바로 우리가 보는 색이다. 파란하늘과, 노을빛, 무지개 색.... 우리가 궁금해하는 ‘색’은 빛의 산란과 관련이 있다.

   

 

빛의 산란

 

 

태양 빛이 공기 중의 질소, 산소, 먼지 등과 같은 작은 입자들과 부딪칠 때 빛이 사방으로 재방출되는 현상을 빛의 산란이라고 한다. 태양으로부터 오는 자외선의 대부분은 오존층에서 흡수되고, 대기를 통하여 들어오는 일부 자외선은 대기 입자들과 분자들에 의해 산란된다. 빛의 스펙트럼에서 빨간색이 가시광선 중에서 가장 파장이 길고, 보라색이 가장 파장이 짧다. 또한, 가시광선은 빨간색에서 보라색으로 갈수록 진동수가 높아지고, 에너지가 커진다. 가시광선 중에서는 파장이 짧을수록, 즉 진동수가 클수록 산란이 잘 일어나므로 빨간색이 가장 산란이 덜 일어나 무지개가 반원형 모양을 띄는 것이다.

 

 

 

파란 하늘, 붉은 노을

 

하늘이 파란 이유도 빛의 산란 때문이다. 대기를 구성하는 대부분의 분자는 가시광선을 흡수하지 않기 때문에 대기의 색의 빛의 산란에 의한 것이다. 백색광인 태양 광선이 대기층을 통과할 때 짧은 파장의 보라색과 푸른색이 긴 파장의 붉은 색에 비해 훨씬 더 많이 산란된다. 그러나 우리 눈은 보랏빛에 별로 민감하지 않으므로 하늘이 파랗게 보이는 것이다.

 

반대로 새벽녘이나 해질 무렵에는 태양빛이 낮보다 상대적으로 두꺼운 대기를 통과하므로 파란빛은 대부분이 대기 속에서 산란되어 지표면에 도달하지 못하고 붉은빛이 지표면에 도달하여 하늘이 붉게 보이는 것이다.

  

 

가을이 되면 보통 때보다 더 하늘이 높고 푸르게 보이는 것은 빛을 흡수하는 공기 중 먼지들이 없어지게 되어 더 많은 양의 햇빛을 보게 되어서 그렇다. 비슷한 이유로 높은 산에 올라가면 하늘이 더 푸르게 보이는 것도 그러한 이유다.

 

 

달에서 본 지구. 달에는 빛을 산란시킬 대기가 없기 때문에 하늘이 까맣다.

 

 

 

하얀 구름, 먹구름

 

그렇다면 하늘은 파란데 구름은 왜 하얀것일까? 그 이유는 작은 입자를 많이 가지고 있는 하늘과 달리 구름은 다양한 크기의 입자들을 가지고 있기 때문이다. 구름속의 크고 작은 입자들이 다양한 색으로 산란되면 특정 색이 도드라져 보이지 않고 모든 빛이 합쳐져서 흰색을 띠게 된다.

 

 

반면, 먹구름은 수증기의 입자가 커져 금방 비가 되어 지상으로 떨어져 내리기 직전의 구름이다. 구름을 구성하는 수증기의 입자가 아주 클 경우 수증기 속으로 들어간 빛이 밖으로 나오지 못한다. 즉, 먹구름은 빛을 반사하지 않고 가두고 있기 때문에 검게 보이는 것이다.

 

 

많은 물방울이 빛을 산란시켜 구름은 하얗게 보인다.
<출처: NASA>

 

 

 

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우주의 7가지 놀라운 신비

 

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※ 참고자료

책 - 우주의 7가지 놀라운 신비

 

  

 

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무지개, 빛, 노을, 하늘, 문학·책

우주의 신비2 빛

 

빛의 종류

 

 

이인창. 하늘공원 빛내림

 

우주의 신비 1밤에서 우리는 ‘어둠’에 대해 알아보았다. 그렇다면 ‘빛’은 무엇일까? 일반적으로 빛이라고 생각하면 사람의 눈에 보이는 형광등, 전구, 태양 등에서 나오는 빛을 떠올린다. 그러나 그 빛은 전자기파의 일종으로 가시광선은 그 일부분에 해당되는 영역이다. 빛 때문에 볼 수 있고, 따라서 빛이 있으면 볼 수 있다고 생각하지만 우리가 볼 수 없는 빛의 영역도 존재한다. 빛은 눈에 보일 수도, 보이지 않을 수도 있고, 그 빛들이 가진 능력도 매우 다양하다. 전자기파는 마이크로웨이브와 적외선, 가시광선, 자외선, 엑스선, 감마선 등이 파장의 길이 혹은 진동수의 크기에 따라 분류되며 마이크로웨이브에서 감마선으로 갈수록 에너지가 큰 빛이다. 우리는 사물을 보거나 물체를 관측할 때, 별을 관측할 때 혹은 부러진 뼈를 관측하기 위해 일상, 연구, 의료 등의 많은 분야들에서 빛은 유용하게 사용된다. 빛에는 많은 종류가 있지만 크게 가시광선, 적외선, 자외선에 대해 알아보자.

 

 

 

가시광선   

 

가시광선이란 우리가 볼 수 있는 빛이다. 우리는 전자기파(약 380㎚~780㎚ 대의 파장) 중 아주 일부분인 가시광선만 볼 수 있다. 광선을 프리즘에 통과시켰을 때 눈으로 볼 수 있는 무지개 색 부분을 ‘가시(可視)광선’이라고 합니다. 사람들은 대개 무지개 색을 가시광선이라고 하지만 실제로 가시광선 속에는 수백만 가지의 색깔이 들어있다. 우리가 보는 색깔은 가시광선의 조합으로 이루어져 있고, 이 가시광선의 모든 색을 합치면 무색이 된다. 가시광선은 주로 광학기기, 현미경에 이용된다. 가시광선이 물체에 반사될 때 흡수되는 빛을 제외한 반사되는 빛이 우리 눈에 들어와 색을 인식하게 된다. 빛의 스펙트럼에서 빨간색이 가시광선 중에서 가장 파장이 길고, 보라색이 가장 파장이 짧다. 또한, 가시광선은 빨간색에서 보라색으로 갈수록 진동수가 높아지고, 에너지가 커진다. 무지개가 반원형 모양을 띄는 것도 가시광선의 파장과 관련이 있다.

 

인간이 가시광선 밖에 보지 못하는 이유는 파장 당 에너지가 가시광선이 가장 세기 때문이다. 영역이 좁으면서도 전체 태양광의 절반에 가까운 에너지를 가졌기에 다른 선들에 비해 세다. 따라서 물체가 반사하는 빛의 대부분도 가시광선이고, 인식하기 편리하기 때문에 가시광선을 받아들이게 된 것이다. 한편, 다른 동물들도 눈으로 빛을 보지만 사람의 가시광선 영역과는 다른 파장을 받아들인다. 벌과 같은 곤충은 꿀을 가지고 있는 꽃을 찾는 데 유용한 자외선을 볼 수 있다고 한다.

 

 

 

적외선

 

 

적외선이란 우리가 볼 수 있는 가시광선 중, 가장 파장이 긴 빨간색보다 더 파장이 긴 빛 (780㎚ 이상)을 뜻한다. 적외선은 눈 에 보이지는 않지만 사람을 비롯해 모든 물체는 적외선을 내뿜고 있다. 따라서 적외선을 볼 수 있는 안경을 쓰면 캄캄한 밤에도 사람은 물론이고 모든 물체를 구분할 수 가 있다. 이러한 성질 때문에 적외선은 자동문 센서나 보안업체의 감시 센서에 이용되고 있다. 자동문 앞에 서면 적외선 센서가 사람으로부터 반사된 적외선을 감지해 문을 열게 되어 있다. 또 보안업체가 설치한 감시 센서도 적외선으로 움직이는 물체를 포착해 경보음을 울리는 것이다.

 

적외선은 가시광선이나 자외선에는 없는 강한 열을 가지고 있어서 태양이나 발열체에서부터 열을 전달하는 역할을 한다. 하지만 가지고 있는 에너지는 강하지 않기 때문에 인체에는 무해하므로 X-ray 등 의료용으로 사용되기도 한다.

 

 

 

자외선

   

 

자외선이란 우리가 볼 수 있는 가시광선 중, 가장 파장이 짧은 보라색보다 더 파장이 짧은 빛 (380㎚ 이하)이다. 화학 작용이 강해 화학선이라고도 불리는 자외선은 피부를 검게 그을리게 하고 그 과정에서 비타민D를 만들어 낸다. 자외선을 지나치게 많이 쬐면 화상을 입거나 피부암을 일으킬 수도 있다. 태양에서 날아오는 자외선은 대부분 오존층에 흡수되어 지상까지 도달하지 못한다. 하지만 환경오염으로 인해 오존층이 파괴 되면서 자외선 지수가 점점 높아지고 있다.

 

일상에서 자주 접하는 자외선 살균 소독은 자외선의 이러한 특성을 이용하여 세균을 죽이는 역할을 한다. 때문에 햇볕에 이불을 널어 말리기도 하는 것이다. 물론 자외선의 역할이 살균에만 이용되는 것은 아니다. 진공을 유지한 상태에서 자외선의 높은 에너지는 가시광선으로 관측할 수 없는 미세 영역의 고분해능 광학분광학 장치 등에 사용되고 있다. 진공을 유지해야하는 이유는 공기에 의한 흡수와 산란을 최소화하여 질 좋은 자외선을 이용하기 위함이다.

 

 

 

 

 

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우주의 7가지 놀라운 신비

  

 

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※ 참고자료

 

책 - 우주의 7가지 놀라운 신비

즐거운 과학세상 ‘사이언스 올’ http://www.scienceall.com

  

 

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자외선, 빛, 우주, 밤, 문학·책

우주의 신비1 밤 

 

생명을 해치는 빛공해

 

 

▲ 포항국제불빛축제 사진

 

밤이면 백화점이나 극장 앞 거리는 인공조명으로 환하게 빛난다. 밤하늘을 수놓는 화려한 불꽃축제는 사람들의 시선을 사로잡지만, 반면 어두운 밤하늘을 지키려고 애쓰는 사람들이 있다. 별하늘 찾기 운동, 어두운 밤하늘 지키기 운동 등은 광공해를 줄이기를 원하는 사람들에 의한 사회적 운동으로, 사람들이 별을 볼 수 있게 하고 환경에의 부자연적인 영향을 줄이며, 에너지를 절약하는 것을 목적으로 한다. 주요 활동은 빛을 차단할 수 있는 조명의 사용을 권장하고, 지역 사회가 불빛에 대한 규정을 채택하도록 권장하는 것이다. 생활의 편리를 가져다주는 인공조명이 어떻게 해가 된다는 것일까?

 

 

 

빛공해란?

 

빛공해란 불필요하거나 필요이상의 빛이 인간이나 자연환경 등에 피해를 주는 현상이다. 인공조명기구의 부적절한 사용과 누출광은 건강하고 쾌적한 빛환경 형성에 악영향을 미친다. 이로 인해 1980년대 이후로 전지구적으로 빛공해를 줄이려는 별하늘 찾기 운동이 등장하는 등 전세계에서 빛공해를 줄이려는 노력을 계속하고 있다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

빛공해가 주는 피해

 

빛공해의 가장 큰 피해 중 하나는 빛공해로 인해 밤하늘이 너무 밝아 별을 볼 수 없다는 것이다. 실제 자연상태에서는 밤하늘을 올려다보았을 때 육안으로 수천 개의 별과 은하수가 분명하게 보인다고 한다. 하지만 빛공해가 심한 곳은 육안으로 볼 수 있는 별의 개수가 매우 적다. 또한 빛공해가 있는 지역 부근에서 천체사진을 장시간 노출시켜 촬영할 경우 가로등 불빛에 의해 화면 전체가 밝은 녹색이 된다고 하니, 빛공해 피해가 얼마나 큰 지 알 수 있다.

 

 

식물들에게도 빛공해는 큰 문제다. 단일식물의 경우, 하루 최대 일장 시간이 12시간 이내여야 개화와 출수의 때를 맞출 수 있는데 곳곳의 밝은 조명들 때문에 24시간 내내 빛을 쐬고 있는 실정이다. 이로 인해 식물의 성장이 가속되거나 둔화되어 수명이 단축되거나 단풍이 늦는 등의 이상으로 이어진다. 동물의 경우, 새들은 진로를 이탈하거나 포유류의 번식 능력이 떨어지는 등 이상 현상을 발견할 수 있었다. 지난 2010년 국립환경과학원은 매미 소리가 밤에도 그치지 않고 계속되자 그 소음이 얼마나 심한지를 파악하기 위해 매미 소리를 조사했는데 그 결과, 야간 매미 소리는 평균 72.7dB로 조사대상 지역의 도로변 자동차 주행소음 평균(67.9dB)보다 높았으며, 이 같은 현상은 빛소음이 심한 곳에서 주로 이루어지는 것을 확인할 수 있었다.

 

 

 

인간의 경우 그 정도가 꽤나 심각한데, 우선 식물과 마찬가지로 24시간 내내 조명 불빛에 노출된 사람들은 잠을 잘 이루지 못하고 불면증을 호소한다. 수면호르몬, '멜라토닌'은 '어둠의 호르몬'이라고 불리는데, 밝은 불빛이 이 호르몬의 생성을 방해하여 숙면이 어려워지게 되고, 이러한 불면증이 계속되면 순발력이나 집중력 등이 떨어지고 매사에 의욕이 없어지거나 불안정한 심리를 갖게 된다. 또한 멜라토닌은 암 같은 병을 방지하는 효과가 있는데 이 호르몬은 어두울 때 생성되므로 약간의 불빛만으로도 생성되는 양이 줄어들게 된다. 특히! 아기가 자는 방에 불을 켜 두면 16세 이전에 근시가 될 확률이 55%로 높다고 하니, 아이를 키우는 부모일 경우, 꼭 알아두어야 할 것이다.

 

 

 

불빛에서 별빛으로, 별빛을 되찾기 위한 노력

 

 

세계 각국에서는 빛공해를 줄이기 위한 노력이 가속화되고 있다. 체코는 2002년, 국가 차원에서 빛공해방지법을 처음 제정했다. 미국에서는, 주요 천문대의 주위에 직경 수십 km의 빛의 방출이 업격하게 제한되어 있는 지역을 설정하기도 했으며, 1980년에는, 캘리포니아주의 새너제이에 가까이 있는 릭 천문대에 영향을 주는 것을 막기 위해 모든 가로등을 나트륨 램프로 교체했다고 한다. 미국에는 2500개가 넘는 주, 카운티, 시 지역에서 빛공해방지법과 조례를 만들어 시행하고 있는데, 91년부터는 수은등 사용을 금지하는 등 주차장, 간판, 거리조명 등을 대상으로 조명가이드라인을 제정했다.

 

일본은 1988년부터 '전국밤하늘계속관찰'을 열어 사람들에게 빛공해에 대해 환기시키고 있다. 1998년에는 '광공해 대책 가이드라인'을 책정했으며 자치단제들도 불필요한 서치라이트를 금지하는 조례를 제정했다. 이밖에도 ‘국제 어두운 밤하늘 협회(IDA International Dark-Sky Association)’에서는 미국, 유럽을 중심으로 빛공해가 없는 지역을 ‘국제 어두운 밤하늘 공원’으로 선정하는 어두운 밤하늘 지키기 운동을 전개하고 있다.

 

우리나라에서도 '슬로시티(slow city)'로 지정된 전남 신안 증도가 '깜깜한 밤' 되찾기운동을 하고 있으며, 국회 교육과학기술위원회 소속 한나라당 박영아 의원이 대표발의한 '빛공해방지법' 제정안이 2011년 12월 29일 국회 본회의를 통과했다. 생활에 편의를 주는 밝은 불빛들도 좋지만, 꿈과 희망을 주는 밤하늘의 별빛도 볼 수 있는 하늘이 되기를 바란다.

 

 

 

 

미국 유타 주 내추럴 브리지스 국립천연기념물에 있는 오와초모브리지는 ‘국제 어두운 밤하늘 협회(www.darksky.org)’ 가 처음으로 지정한 ‘어두운 밤하늘 공원’이라고 한다.

 

 

 

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우주의 7가지 놀라운 신비 

 

 

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※ 참고자료

책 - 우주의 7가지 놀라운 신비 

좋은빛정보센터 http://www.right-light.or.kr/

국가과학기술위원회 블로그 http://nstckorea.tistory.com/192

 

 

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