안녕하세요 원형석 전문가입니다. 최선을 다해 답변드리니
Q. 하늘의 색이 파랗게 보이는건 왜일까요?
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.제가 몇가지 논문과 글을 읽었는데석양이 지는 시간대에도 파란 하늘을 볼 수 있는 이유가 기존의 Rayleigh scattering 학설로 설명이 어려워오존때문에 그런 것이라고 학계에서 받아드려진 것으로 알고 있습니다.그렇다면 평소에 하늘의 색이 파란이유도 오존때문에 그런 것으로 바뀌어도 이상하지 않을 것 같은데 오존가설이 아니라 Rayleigh scattering 학설을 그대로 사용하는 이유가 무엇인가요?●오존층은 성층권의 아주 좁은 영역에 집중적으로 분포하는데 산란현상은 공기밀도가 높은 대류권에서 일어납니다.Rayleigh scattering이 일어나게하는 입자는 주로 산소와 질소입니다. 이들 기체가 대기의 전부라해도 과언이 이니죠. Rayleigh scattering은 가시광선 영역에서 파장이 짧을수록 잘 일어난다는 것으로 산소, 질소 분자의 전자적 공명현상입니다. 분자가 빛을 흡수하여 전자가 들뜬 상태가 되었다가 곧바로 같은 파장의 빛을 재방출, 즉 산란시키는 현상입니다. 또한 빛이 산란전의 진행방향의 직각방향으로 가장 산란 강도가 높죠. 이 때문에 낮에 [태양에서 먼] 하늘일수록 파랗고 저녁에 [태양 근처]의 하늘이 붉은 이유입니다.오존의 공명영역은 주로 자외선이고 자외선을 흡수하면서 산소 분자, 원자로 쪼개지기에 자외선을 재방출하지 않습니다. 내가 최신 논문을 읽어 보진 않았지만 오존가설은 처음 듣는 얘기입니다.또한, Rayleigh scattering 학설에 따르면 1)석양이 지지 않는 시간 대에도 먼 하늘에 붉은 하늘을 볼 수 있어야 하고●먼하늘이란 어디를 말하는지 모르겠으나, 낮에 [태양에서 먼] 곳일수록 파랑색 산란이 잘 일어나므로 오히려 더 파랗습니다.2)구름의 색도 구름이 있는 고도에 따라 하얀색이 아닌 다른 색의 구름도 관측되어야 하고 3)비가 온 후 맑아진 하늘보다 대기 중에 수증기와 먼지가 많은 하늘이 파란 파장의 산란이 더 활발하게 일어나 하늘이 더 파랗게 관측되어야 할 것 같은데 그렇지 않은 이유가 궁금합니다!●Rayleigh scattering은 입자의 크기가 매우 작을 때 발생하는데, 광자 하나가 산소, 질소 분자 하나와의 상호작용 효과입니다. 구름은 물분자가 수억, 수조 개 모인 물방울이나 얼음조각에과의 상호작용이라 파장에 관계없이 모두 무작위 방향의 산란, 즉 반사 시킵니다. 따라서 구름에 Rayleigh scattering을 적용하면 안됩니다.마찬가지로 공기주의 먼지나 안개입자도 매우 큰 입자여서 파장에 무관한 단순한 흡수, 반사현상입니다.마지막으로, 이미 학계에서 오존때문에 그렇다고 일부 인정하였지만 4)석양이 지는 하늘의 색이 온통 붉은 색이아닌 태양으로부터 멀어질수록 파란색으로 보이는 이유도 Rayleigh scattering 학설로 어떻게 설명이 가능한지 궁금합니다! 태양으로부터 멀어질 수록 오히려 붉은 하늘이 되어야 할 것 같아서요!●Rayleigh scattering의 핵심은1.가시광선 영역에서 일어나고 입자의 크기가 분자수준의 크기에서 일어난다.2.빛의 파장이 짧을수록 잘 일어난다.3.산란과정에 빛에너지의 흡수는 없다.4.산란방향은 빛이 진행하는 직각방향으로 가장 강하다(태양에서 먼하늘은 파랗다)5.빛이 통과하는 대기가 두꺼울수록 나에게 오는 빛 중에 산란 잘 되는 빛은 옆으로 빠져나가고 산란 잘 인되는 빛, 즉 파장이 긴 붉은색빛이 살아 남는다.(저녁노을)
Q. 태풍의 강도는 어떻게 구분되나요?
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.우리나라는 태풍이 지나가는 동남아나 일본에 비해 비교적 태풍이 자주오지않는 지역에 속합니다,그래서 가끔오는 태풍이 강력할 경우 혼미백산하고 하죠또 우리나라는 동남아나 일본같이 다모작 국가가 아니라 대부분 1년 1작,또는 2작이 고작이기에 태풍의 강도가 약해도 그 피해는 상대적으로 크게 받기 때문에 태풍에 대한 경각심을 더 크게 갖는 것이죠또 동남아는 우리보다 더 강력한 태풍이 자주오는데 그렇게 자주오기때문에 약간 면역(?)이 되어 있다고 할까요?그래서 우리나라는 타국이 태풍으로 인정하지않을 정도로도 태풍으로 인정하고 대비하는 것입니다,
Q. 높은 건물을 왜 흔들리게 짓나요?
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.건물이흔들리는이유먼저 구조물 진동의 가장 일반적인 요인들로는 바람, 지진, 기계, 가까운 공장 그리고 다양한 형태의 교통 등을 들 수 있습니다. 귀하의 설명으로 판단컨대, 본 경우는 큰 대로변을 달리는 차량에 의한 지반의 진동이 건물에 전달되기 때문일 가능성이 높습니다.엄청난 비바람이 불면 굵은 나무들은 부러지거나 뿌리채 뽑혀 도 갈대는 바람에 몸을 맡긴 채 이리저리 흔들리기만 할 뿐 부 러지지 않지요. 고층 건물도 이것과 같은 원리를 가지고 있다 고 생각하면 돼요. 폭에 비해 길이가 긴 물체는 짧은 것보다 휘어질 확률이 높고, 이때 탄성이 없다면 탄성이 있을 때에 비해 부러지기 쉽답니 다. 빌딩도 마찬가지로 폭에 비해 높이가 길기 때문에 외부의 힘에 의해 휘어지거나 부러질 수 있어요. 따라서 초고층 빌딩 은 반드시 탄성을 갖는 구조로 지어야 한답니다. 이를 위해 높은 건물은 조금씩 흔들릴 수 있는 구조를 하고 있 어요. 그리고 이것은 건물의 뼈대를 알파벳 ‘I’ 자 모양의 강 철로 세우기 때문에 가능하지요. 철은 단단하기는 하지만 강한 힘을 받으면 휘어져요. 만약 건물 전체를 벽돌이나 콘크리트만 으로 짓는다면 그것들은 딱딱한 돌이기 때문에 심한 바람에는 부러지거나 깨질 수밖에 없겠죠? 이러한 이유 때문에 강철로 뼈 대를 만들고 콘크리트를 이용해서 살을 붙이는 것이랍니다. 참 고로, 초고층 빌딩은 흔들리는 폭이 빌딩 높이의 1/500을 넘지 않도록 설계한대요. 그 이상 흔들리면 부러질 위험이 크기 때문 이지요
Q. 빛이 비추는 갯수에 따라 그림자 색이 바뀌는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.빛 하면 보통 태양을 떠올리니까 태양으로 설명하자면 태양에서 발사되는 열이 사실상 지구에 평행하게 들어오기 때문에 지구에 우리가 어느 위치에 사있느냐에 따라 그림자의 기울기나 색이 다 달라집니다. 지구는 구(완벽한구는 아님)모양이기 때문에 평행히 들어오는 빛을 직빵으로 받는다면 에너지를 많이 받겠죠. 그러니까 그림자가 짙어지는 거고요. 반대로 그림자가 평행히 들어오는걸 일직선으로 받는게 아니라 끝부분에서 받는다면 빛의 에너지가 여러범위로 나뉘기 때문에 그림자도 옅하게 만들어지는겁니당
Q. 해가 갈수록 태풍의 강도가 강해지는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.태풍을 다른 말로 열대저기압이라고 합니다. 열대 지방에서 생기는 저기압이라는 말입니다. 많은 분들이 태풍은 적도에서 발생한다고 생각하시는 분이 많은데 적도가 아니라 적도 근처인 5˚에서 발생합니다. 그 이유는 적도에선 전향력이 없기 때문에 태풍이 발생하지 못합니다. 해를 거듭할수록 태풍의 강도가 세지는 이유가 무엇인가요?-이 이유는 지구온난화에 있습니다. 저기압이란 수증기가 하늘로 올라가 응결해 구름을 만드는데 지구온난화로 인해 기온이 많이 상승함으로 증발량이 많아 집니다. 증발량이 많아지니까 저기압이 더 크고, 더 자주 강하게 발생하지요. 그로 인해 올해 처럼 폭우가 쏟아지는 겁니다. 내년 그 이후로는 더 강한 태풍이 발생하는 빈도가 높아지고 비도 자주, 많이 올 것입니다. 태풍의 눈은 왜 고요한가요?-태풍의 눈이 고요한 이유는 태풍의 눈이 약한 고기압이라는 겁니다. 즉 왼쪽 오른쪽 약간 더 오른쪽은 강한 상승기류고, 태풍의 눈만 약한 하강기류로 인해 바람도 제일 약하고 비도 안오고 잠잠한 곳 입니다.