안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
무지개가 만들어지는 원리는 태양빛이 하늘에 떠 있는 물방울 속으로 들어가면서 꺾이고, 반사되고, 다시 꺾여 나오는 과정에서 빛이 색깔별로 분리되기 때문입니다. 태양빛은 원래 아무런 색이 없는 백색광처럼 보이지만, 실제로는 빨강부터 보라까지 각기 다른 파장을 가진 여러 색의 빛이 한데 섞여 있는 상태입니다.
이 태양빛이 공기를 지나다가 동그란 물방울을 만나 안으로 들어갈 때 첫 번째 변화가 생깁니다. 빛이 물방울 경계면에서 꺾이는 굴절 현상이 일어나는데, 이때 파장이 긴 빨간색 빛은 적게 꺾이고 파장이 짧은 보라색 빛은 크게 꺾입니다. 이 각도 차이로 인해 뭉쳐 있던 백색광이 여러 색깔의 띠로 갈라지는 분산 현상이 나타납니다.
물방울 안으로 들어간 빛들은 반대쪽 내벽에 부딪힌 뒤 거울처럼 다시 앞으로 튕겨 나오는 내부 반사를 거치게 됩니다. 반사된 빛이 물방울을 다시 빠져나와 공기 중으로 나올 때 또 한 번 꺾이면서 색깔별로 갈라진 각도의 차이는 더 벌어집니다.
최종적으로 물방울을 탈출한 빛 중 빨간색은 태양빛과 약 42도의 각도를 이루고, 보라색은 약 40도의 각도를 이루며 나아갑니다. 우리가 하늘을 볼 때 높은 곳에 있는 물방울은 각도가 큰 빨간색 빛을 우리 눈으로 보내고, 낮은 곳에 있는 물방울은 보라색 빛을 보냅니다. 그 사이의 물방울들이 주황, 노랑, 초록 등의 빛을 차례로 보내주면서 위쪽은 빨간색, 아래쪽은 보라색인 아름다운 무지개 띠가 완성됩니다.