나비나 공작새의 화려한 색은 단순한 색소 때문만이 아니라 구조색 때문이라고 하는데, 구조색은 어떤 원리로 나타나는지 궁금합니다.

Question

안녕하세요~ 질문 그대로 입니다.

나비나 공작새의 화려한 색은 단순한 색소 때문만이 아니라 구조색 때문이라고 하는데,

구조색은 어떤 원리로 나타나는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

구조색은 단순히 색소가 빛을 흡수하고 반사하는 방식으로 생기는 색이 아니라, 빛의 파동 성질과 미세한 구조의 상호작용으로 나타나는 색입니다. 나비의 날개나 공작새의 깃털을 자세히 보면, 실제로는 갈색이나 무채색에 가까운 색소만 들어 있지만, 그 표면에 존재하는 나노미터 크기의 미세 구조가 빛을 특별한 방식으로 반사하고 간섭시켜 눈에 보이는 화려한 색을 만들어냅니다.

빛은 파동이기 때문에 서로 겹치면 간섭을 일으키고, 특정 파장은 강화되어 더 선명하게 보이고 다른 파장은 약화되어 사라집니다. 나비 날개 비늘이나 공작 깃털 속의 다층 구조는 이러한 간섭을 정교하게 일으켜 특정한 파장만을 선택적으로 반사합니다. 그래서 보는 각도나 빛의 방향에 따라 색이 달라지거나 무지개빛처럼 변하는 현상이 나타납니다.

즉, 구조색은 빛의 간섭·회절·산란 같은 물리적 현상이 만들어낸 색이며, 자연계에서 가장 눈부신 색채 효과를 보여주는 원리입니다. 이 때문에 구조색은 색소로는 구현하기 어려운 강렬하고 변하는 색을 가능하게 하고, 인간은 이를 모방해 자동차 도장, 홀로그램, 위조 방지 기술 등 다양한 분야에 응용하고 있습니다.

Answer 2

안녕하세요.

나비나 공작새의 화려한 색은 말씀해주신 것처럼 단순히 색소 분자가 빛을 흡수하여 나타나는 색만으로 결정되는 것이 아닙니다. 이러한 경우에 나타나는 색을 구조색이라고 하며, 이는 빛과 미세한 구조 사이의 물리적 상호작용으로 만들어지는 색인데요 즉 특정 색소가 빛을 흡수해 남은 색을 보는 것이 아니라, 빛이 미세 구조에서 반사와 간섭, 회절되는 과정에서 특정 파장의 빛이 강화되어 나타나는 색입니다.

이러한 구조색의 핵심 원리는 빛의 간섭인데요, 어떤 생물의 표면에는 나노미터 수준의 매우 미세한 층 구조나 격자 구조가 존재합니다. 빛이 이런 구조에 들어오면 일부는 표면에서 반사되고 일부는 내부 층에서 다시 반사되는데 이때 여러 반사된 빛이 서로 겹치면서 특정 파장은 서로 강화되고 다른 파장은 서로 상쇄되는 간섭 현상이 일어납니다. 그 결과로 특정 색의 빛만 강하게 반사되어 매우 선명한 색이 보이게 되는 것입니다.

대표적인 예로 모르포나비의 날개가 있는데요 이 나비의 파란색은 파란색 색소 때문이 아니라, 날개 비늘에 있는 층층이 쌓인 미세 구조가 파란색 파장을 강하게 반사하기 때문에 나타납니다. 그래서 각도를 바꾸면 색이 달라 보이거나 매우 강하게 빛나는 특징이 있습니다. 또 다른 예는 공작의 깃털이 있는데요 공작새 깃털에는 케라틴과 공기층이 반복된 미세 구조가 있어 빛이 여러 번 반사되며 간섭을 일으킵니다. 이 때문에 녹색, 파랑, 금색처럼 각도에 따라 색이 변하는 무지갯빛이 나타납니다.

또한 이 구조색이 색소색과는 다른 특징을 갖는데요, 우선 색소색은 특정 분자가 빛을 흡수하여 남은 색이 보입니다. 반면 구조색은 빛의 물리적 반사와 간섭으로 색이 만들어지고 각도에 따라 색이 달라질 수 있으며 매우 밝고 금속성처럼 보이는 경우가 많습니다. 감사합니다.