무지개

무지개는 무엇인가요

무지개는 하늘에서 눈에 보이는 반원형의 호를 이루는 일곱 가지 색의 띠예요. 색 경계가 분명하지 않아서 문화권마다 색의 개수를 다르게 인식하기도 해요. 영어권에서는 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라의 순으로 보고 첫 글자를 따서 Roy G. Biv라는 이름처럼 외워요.

미국 해양대기청(NOAA)은 무지개가 어떤 물체가 아니고 특정한 장소에 있는 것도 아니라고 설명해요. 햇빛과 대기 조건, 보는 사람의 위치가 모두 맞을 때만 나타나는 광학 현상이에요. 공기 중에 물방울이 떠 있어야 하고 해가 내 뒤에 있으며 해 앞의 구름이 걷혀야 해서, 보통 비가 그친 직후에 잘 보여요.

무지개는 물방울 안에서 빛이 어떻게 움직여 생기나요

햇빛이 둥근 물방울에 들어갈 때 공기에서 더 조밀한 물로 넘어가면서 속도가 느려져 휘어요. 이것이 굴절이에요. 빛은 물방울 뒤쪽 안쪽 면에서 반사되어 되돌아 나오다가 물에서 공기로 나가며 다시 한 번 굴절돼요.

햇빛에는 여러 파장의 빛이 섞여 있는데 파장마다 꺾이는 정도가 달라요. 가장 짧은 파장인 보라색이 가장 많이 꺾이고 가장 긴 파장인 빨간색이 가장 적게 꺾여서, 물방울을 나온 빛은 파장별로 갈라져요. 이 때문에 물방울이 프리즘 같은 역할을 해서 햇빛이 스펙트럼으로 펼쳐지고 그 일부가 관찰자의 눈으로 와요.

NOAA는 관찰자의 눈에 들어오는 1차 무지개에서 보라색이 아래쪽, 빨간색이 위쪽에 보이고, 2차 무지개에서는 순서가 뒤집혀 빨간색이 아래쪽에 보인다고 설명해요. 모든 파장이 물방울을 나와 각각 다른 방향으로 퍼져 나오는 덕분에 우리는 해를 등지고 서서 모든 색을 한꺼번에 볼 수 있어요.

옆으로 밀어 보기

왜 42도인가요

미국 국립기상청(NWS)에 따르면 물방울로 들어오는 광선 가운데 편향 각도가 가장 작은 광선이 있고 이를 무지개 광선이라고 해요. 이 광선과 관련된 각이 42도예요. 햇빛의 상당 부분이 이 경로를 따라 모여서 빛이 강하고 색이 넓게 퍼지기 때문에 색 띠가 만들어져요. 그래서 파란색은 호의 안쪽에, 빨간색은 바깥쪽에 있어요.

영어 낱말 bow는 무지개가 같은 중심을 가진 거의 원형의 색 호들의 묶음이라는 뜻에서 나왔고, 우리가 보통 원의 일부만 보기 때문에 활 모양이 된다고 미국 국립기상청이 설명해요. 물방울이 둥글어서 무지개도 원래는 원형이지만 땅이 가리기 때문에 일부만 보여요. 해가 지평선에 가까울수록 더 많은 부분이 보이고 일몰 때는 정상이 지평선 위 42도인 반원이 보여요. 해가 높이 뜰수록 무지개의 높이는 낮아지고 해가 42도보다 높으면 무지개가 보이지 않아요. 비행기에서는 조건이 맞으면 원형 무지개 전체도 볼 수 있어요.

무지개에는 어떤 종류가 있나요

완전한 무지개는 보통 두 개로 이뤄져요. 안쪽의 선명한 것이 1차 무지개, 더 흐린 바깥쪽이 2차 무지개예요.

옆으로 밀어 보기

두 무지개가 함께 뜬 것을 쌍무지개라고 해요. 반사한 빛의 일부가 물방울을 한 번에 빠져나가지 않고 한 번 더 반사된 뒤 다른 각도로 나오기 때문에 생겨요. 2차 무지개는 더 약하고 색 순서가 반대예요.

2차 무지개는 두 번째 반사를 거친 빛이 1차 무지개의 빨간색(42도)과 달리 약 50도 방향으로 물방울을 나오기 때문에 1차 무지개 위쪽에 보여요. 물방울 속에서 빛이 두 번을 넘게 반사되는 것도 가능하지만 보통은 그런 무지개는 볼 수 없어요. 반사할 때마다 빛의 일부만 밖으로 나오고 나머지가 더 안에서 반사되기 때문에 2차 무지개는 1차보다 흐려요.

옆으로 밀어 보기

무지개 띠의 두께는 무엇이 정하고 어떤 실험으로 확인했나요

각 색 띠의 넓이는 일정하지 않고 무지개가 생긴 곳의 빗방울 크기에 따라 달라져요. 빗방울이 클수록 띠가 좁아요.

무지개를 직접 보려면 해를 등지고 서서 공기 중에 물방울이 있는 쪽을 바라보면 돼요. 분무기로 물방울을 뿌리고 해를 등지면 작은 무지개를 만들 수 있고, 프리즘으로 햇빛을 갈라 보는 실험과 같은 원리예요.

사람들은 오래전부터 물방울 모형으로 무지개를 확인하려 했어요. 로마의 철학자 세네카는 서기 65년 무렵 쓴 글에서 무지개가 늘 해의 반대쪽에 나타나고, 노를 젓는 사람이 튀긴 물이나 터진 관의 작은 구멍으로 뿜어져 나온 물에서도 생긴다고 적었어요. 1307년 프라이베르크의 테오도리크는 물방울 속에서 빛이 들어갈 때와 나올 때 두 번 굴절하고 뒷면에서 한 번 반사된다고 1차 무지개를 정확히 설명했고, 2차 무지개도 비슷하게 설명했어요. 로저 베이컨은 1268년 무지개 꼭대기가 지평선 위 42도보다 높이 보일 수 없다고 처음 계산했어요.

물을 가득 채운 둥근 플라스크로 인공 빗방울을 만드는 실험은 적어도 14세기 테오도리크까지 거슬러 올라가요. 데카르트는 1637년 『방법서설』에서 빗방울 크기가 무지개에 영향을 주지 않는 듯하다는 점을 알고 물이 든 큰 유리 구에 빛을 통과시켰어요. 빛이 나오는 각도를 재서 1차 무지개는 물방울 안에서 한 번 반사될 때, 2차 무지개는 두 번 반사될 때 생긴다고 결론 내렸고 두 무지개의 각도를 옳게 계산했어요. 지금도 널리 쓰이는 플로렌스 무지개 실험은 평행한 흰빛을 스크린의 구멍을 통해 물이 든 구형 플라스크에 비추면 충분히 큰 스크린 위에 무지개가 되비쳐 나타나게 하는 방법이에요. 다만 플라스크는 벽이 두껍고 자연의 빗방울보다 훨씬 커서 무지개 각도가 조금 달라지고 무지개 차수가 갈라지는 차이가 있어요.

뉴턴은 유리 프리즘으로 흰빛이 무지개의 모든 색의 빛으로 이뤄졌음을 보였고, 빨간빛이 파란빛보다 덜 굴절된다는 것도 보여서 무지개의 주요 특징에 대한 첫 과학적 설명으로 이어졌어요.

무지개의 이름과 기록의 역사는 어떻게 되나요

북한 문화어에서는 무지개를 색동다리라고 불러요. 한국어와 영어권의 색 개수 인식은 비슷하게 일곱 가지지만 다른 문화권에서는 다르게 헤아려요. 세계에서 가장 오랫동안 관측된 무지개는 2017년 11월 27일 대만 타이베이에서 9시간 내내 떠 있던 것이에요.

무지개에 얽힌 오래된 이야기도 있어요. 이미 17세기에도 사람들은 무지개의 완전한 원을 볼 수 없고 일부만 활 모양으로 본다는 것을 알았어요. 17세기 아일랜드에서는 무지개 끝을 찾는 것이 금 항아리를 찾는 일만큼 어렵다는 말이 유행했고, 이 표현이 어느새 바뀌어 신화처럼 전해졌다고 해요. 미국 국립기상청은 이 표현이 어느새 신화의 일부가 되었다고 소개해요.

무지개는 생활 속에서 어디에 쓰이나요

무지개는 하늘 상태를 알려 주는 단서이기도 해요. 해를 등지고 비가 오는 쪽에서 무지개가 보인다는 것은 그쪽에 비구름이 있다는 뜻이에요. 사진 촬영에서는 무지개 사진이 날씨를 담은 기상 사진전의 소재가 되고, 광학 교육에서는 굴절과 분산을 설명하는 대표 사례로 써요. 무지개기처럼 무지개 색을 띤 기를 상징으로 쓰는 문화도 있어요.

우리 식탁에서는 무지개떡이 있어요. 한국어기초사전은 무지개떡을 무지개처럼 층층이 여러 가지 색깔을 넣어 만든 떡이라고 풀이하고, 색이 화려해서 돌잔치나 환갑잔치 같은 잔칫상에 자주 오른다고 예를 들어요. 색을 내는 재료에 따라 맛이 조금씩 달라지는데, 쑥, 단호박, 계피 가루를 넣어 만들기도 해요.

농촌진흥청 농사로는 이 떡을 색편이라는 이름으로 소개해요. 색편은 여러 색으로 물을 들여 켜 없이 색색을 겹쳐 찐 무리떡이고 일명 무지개떡으로 더 잘 알려져 있어요. 멥쌀 900g(5컵)에 소금 1큰술을 넣고 빻아 체에 내린 뒤 설탕 170g을 푼 물 100mL를 섞어 5등분해요. 한 몫은 그대로 두고, 한 몫은 석이버섯가루를, 나머지 세 몫은 빨강, 노랑, 초록 천연색소를 각각 풀어 섞어요. 시루에 석이버섯가루를 섞은 가루부터 연두색, 분홍색, 노란색, 흰색의 차례로 2cm 높이씩 안치고 센 불에서 20분쯤 쪄요. 혼례상과 잔치상에는 떡 위에 웃기를 얹어요.

무지개와 함께 알아 둘 개념에는 무엇이 있나요

• 굴절: 빛이 다른 매질로 들어갈 때 진행 방향이 꺾이는 현상이에요.
• 분산: 파장에 따라 굴절되는 정도가 달라 빛이 색으로 갈라지는 현상이에요.
• 시반경: 태양과 관찰자를 잇는 방향의 연장선을 중심으로 한 각도예요.
• 해무리와 달무리: 고층운의 육각 얼음 결정이 만드는 원형 광학 현상으로 무지개와 원리가 달라요.
• 브로켄 현상: 구름 위에서 보이는 둥근 무지개 모양 현상이에요.
• 뉴턴의 일곱 색: 뉴턴은 1672년 처음에는 스펙트럼을 빨강, 노랑, 초록, 파랑, 보라 다섯 색으로 나눴다가 주황과 남색을 더해 일곱 색으로 만들었어요. 음계의 일곱 음에 맞추려는 믿음 때문이었고, 뉴턴이 파랑이라 부른 색은 오늘날의 청록에, 남색은 오늘날의 파랑에 가까워요. 색이 뚜렷이 나뉘어 보이는 것은 사람의 지각이 만든 결과라서 주된 색의 수는 다소 임의로 정한 거예요.
• 보조 무지개: 뉴턴의 입자설로는 설명되지 않았고, 빛이 어떤 조건에서 파동처럼 행동해 스스로 간섭한다는 것을 토머스 영이 알아낸 뒤에야 만족스러운 설명이 나왔어요.
• 플로렌스 무지개: 물이 든 구형 플라스크에 빛을 비춰 스크린에 무지개를 만드는 실험이에요.

무지개에 대해 흔히 하는 오해는 무엇인가요

• 무지개는 어떤 장소에 있는 물체다: 보는 사람의 위치에 따라 달라지는 광학 현상이에요.
• 무지개 끝에 가면 닿을 수 있다: 보는 위치와 해의 방향에 따라 생겨서 가까이 가면 사라져요.
• 무지개는 항상 일곱 색이다: 색 경계가 분명하지 않아 문화권마다 색의 개수가 다르게 인식돼요.
• 무지개는 한낮에도 잘 보인다: 태양 고도가 42도보다 높으면 보이지 않아요.