하늘색이 파란색인 이유는 자주 묻는 질문 중 하나입니다. 이 질문에 대한 짧은 대답은 지구의 대기와 햇빛 때문입니다. 지구에 대기가 없다면 하늘은 밤처럼 낮에도 검게 변할 것입니다.
오늘은 하늘이 파랗고 밤에는 검다. 낮과 밤을 구별하는 것은 밤에 없는 햇빛입니다. 왜냐하면 그때 우리는 태양으로부터 반대쪽을 향하고 있는 지구의 부분에 있기 때문입니다. 이것은 이미 우리가 말하는 것의 첫 번째 힌트를 제공합니다. 햇빛은 하늘의 색에 영향을 미칩니다.
햇빛과 색상
태양은 우리로부터 태양까지 약 1억 5천만 킬로미터를 이동해야 하는 태양 광선과 마찬가지로 흰색입니다. 태양이 흰색이라고 말하는 것은 약간 오해의 소지가 있을 수 있습니다. 흰색은 실제로 한 가지 색상이 아니라는 의미이기 때문입니다. 그것은 많은 색상으로 구성됩니다(더 전문적으로 다음과 같이 말할 수 있습니다. 흰색은 연속적인 색상 범위로 구성된 다색 색상입니다). 이것이 실제로 의미하는 바입니다.
프리즘과 같은 장치를 사용하여 백색 광선을 다채로운 색상의 아름다운 스펙트럼으로 분리할 수 있습니다. 이것은 희끄무레 한 햇빛이 빗방울을 통해 다채로운 색상 스펙트럼으로 분해되는 장기적인 현상입니다.
우리는 또한 빛을 파동으로 볼 수 있으며, 하늘이 파랗게 보이는 이유를 이해하려면 그렇게 해야 합니다. 따라서 일반적으로 빛은 특정 길이(또는 주파수)의 파동(좀 더 공식적으로는 전자기 복사)입니다.
가시광선(우리의 눈이 감지하여 뇌를 이미지로 변환할 수 있는 파장)의 파장은 대략 400~700나노미터이며, 이 맥락에서 색상은 특정 파장일 뿐입니다. 예를 들어, 적색광은 약 625~740나노미터의 파장을 갖고, 녹색광은 500~565나노미터의 파장을, 청색은 380~440나노미터의 파장을, 보라색은 380~440나노미터의 파장을 갖는다.
여기에서 답하고 있는 질문과 관련하여 다음을 기억하는 것이 중요합니다.
- 파란색과 보라색 빛은 다른 가시광선 색상 중 파장이 가장 낮습니다.
- 태양은 지구 대기권에 도달할 때까지 우리 눈으로 가는 도중에 빈 공간을 통과합니다. 그리고 그곳을 지날 때 하늘을 파랗게 만드는 흥미로운 일이 일어납니다.
지구의 대기
일반적으로 지구의 대기는 무엇입니까? 이것은 다양한 가스로 구성된 지구의 맨틀입니다(지구 중력이 가스를 스스로 “묶을 수 있을 정도로” 강하기 때문에 존재합니다). 우리 모두는 이러한 가스 중 하나가 사람들이 살아가는 데 필요한 산소라는 것을 알고 있습니다.
그러나 많은 사람들이 대부분이 질소로 간다는 사실에 놀란다. 대기 중 산소의 비율은 약 21%이고 질소는 78%입니다. 대기의 질소 및 산소 분자와 햇빛의 상호 작용은 하늘을 파랗게 만듭니다.
대기 중 태양 광선의 산란
태양 광선이 대기권에 진입하여 방해받지 않고 영공을 통과하면 질소 및 산소 분자와 “충돌”하기 시작합니다. 산란 또는 Rayleigh 산란이라고 하는 현상이 있습니다(1871년에 이 현상을 설명한 Lord Rayleigh에 따르면). 이러한 산란은 빛이 산란되는 입자 크기가 그 빛의 파장보다 작을 때 발생합니다(이는 가시광선의 파장보다 훨씬 작은 대기의 질소 및 산소 분자에 해당됨).
Rayleigh 산란에 대해 중요한 것은 그것이 빛의 파장이나 색상에 의존한다는 것입니다. 단파장 빛이 가장 많이 산란하고 장파장 빛이 가장 적게 산란합니다(우연히 파장의 4제곱인 경우). 예를 들어, 일반적인 청색광은 적색광보다 약 5배 더 효율적으로 산란됩니다.
태양 광선이 대기를 통과할 때 보라색 광선이 가장 많이 산란되고 그 다음이 청색 광선입니다. 이는 보라색과 파란색이 하얀 햇빛을 ‘도망쳐’ 재배열하는 것, 즉 하늘 전체에 흩어져 마침내 눈에 닿아 하늘의 유색 이미지를 만들어 낸다고 생각할 수 있다. 그러나 보라색이 파란색보다 더 확산되면 하늘이 보라색이 아니라 파란색인 이유는 무엇입니까?
여기에는 두 가지 이유가 있습니다. 우선, 태양 스펙트럼에는 파란색보다 보라색이 더 적습니다. 둘째, 인간의 눈은 보라색보다 파란색에 더 민감합니다. 이것이 하늘이 우리에게 파랗게 보이는 이유입니다. 그리고 대기가 없다면 하늘을 가로질러 햇빛을 산란시키는 분자가 없기 때문에 검은색일 것입니다.
일출과 일몰의 하늘은 왜 빨간색인가요?
일출과 일몰 시 햇빛은 우리 눈에 도달하기 위해 태양이 하늘에서 높을 때보다 대기를 통해 더 먼 거리를 이동해야 합니다. 이 경우 보라색과 파란색의 방사선은 임의의 방향으로 여러 번 산란되어 궁극적으로 우리 눈에 닿지 않습니다. 그리고 대기의 해당 층에 많은 먼지 입자와 스모그가 있으면 산란은 더욱 붉어지는 데 기여하여 아름다운 일몰을 만듭니다.
