어제 부산 지역에 아주 잠깐 무지개가 나타났는데..
간만에 온듯 안온듯 짧은 비가 내렸지만...이내 햇빛이 드러나면서 짧게 무지개가 잠깐 뜨더라구요
그런데..문득 궁금한것은....
무지개가 빛의 산란, 굴절,반사하는 성질이 수증기층과 만나면서 생기는 것은 알겠는데...
왜? 항상 볼록하게 반원 형태의 띠를 형성하는 것일까요?
사각형, 마름모꼴,타원형 등등도 나타날 수 있지 않을까요?
어떤 이유에서 항상 동일한 형태의 무지개가 형성 될까요?
안녕하세요. 김경욱 과학전문가입니다.
무지개는 태양 뒤쪽에 있는 물방울에서 발생하는 광학 현상입니다. 태양 빛이 물방울에 들어가면 빛은 굴절되고 반사되며 분산됩니다. 이렇게 분산된 빛은 각기 다른 파장을 가지고 있기 때문에 색상 스펙트럼으로 나타납니다.
반원 모양의 무지개가 형성되는 이유는, 태양 빛이 물방울에 들어가면 굴절되어 물방울 내부를 향해 직진합니다. 이후 물방울 내부에서 반사되며, 다시 물방울의 외부로 나오면서 다시 한 번 굴절됩니다. 이 과정에서 각 색깔의 빛은 서로 다른 각도로 굴절되므로 색깔이 분산됩니다. 그리고 이렇게 분산된 빛들이 반원 모양으로 모여서 무지개를 만들어내는 것입니다.
따라서, 무지개가 반원 모양으로 형성되는 것은 빛이 물방울 내부에서 한 번 반사되고, 외부에서 한 번 굴절되기 때문입니다. 이와 같은 과정에서 각 색깔의 빛은 서로 다른 각도로 굴절되며, 이 때문에 무지개는 일정한 색깔 순서로 나타나며 반원 모양으로 보이게 됩니다.
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.
무지개의 과학적 원리
그럼 무지개는 어떻게 생기는 것일까? 무지개의 경이로운 성질을 과학적으로 규명한 사람은 17세기 철학자 데카르트(Rene Descartes)였다. 그 이후 많은 대기과학자들에 의해 무지개의 원리가 상세하게 밝혀졌다.
데카르트의 무지개에 관한 설명
무지개란 한쪽 하늘에 떠 있는 빗방울에 의해 생긴다. 빗방울 반대쪽에서 오는 햇빛이 굴절․ 분광, 반사되어 우리 눈에 보이는 현상이다. 무지개는 하얀 햇빛이 공기와 물 사이를 지나는 순간 여러 가지 색깔로 휘어진다. 빛의 굴절 현상이다. 굴절은 빛의 색깔들이 각기 다른 속도로 빗방울 속을 지날 때 발생한다. 빨강 색은 보라색보다 약간 더 빠르게 통과한다. 이러한 속도 차이로 인해 여러 가지 색깔로 나누어진다. 색깔이 나누어지는 현상을 분광 현상이라고 한다. 무지개는 태양 광선이 빗방울 속에서 일정한 각도로 반사되어 우리의 눈에 보이게 된다. 반사현상이다.
무지개는 태양빛이 빗방울 속에서 반사되어 생긴다.
보통 우리가 말하는 하나의 무지개로 보이는 것을 1차 무지개라 부른다. 빗방울 속에서 햇빛이 한번 반사된 것이다. 숫무지개라고도 한다. 태양과 관측자를 연결하는 선을 연장한 방향을 중심으로 시반경(視半徑) 40~42°로 나타난다. 안쪽이 보라색, 바깥쪽이 빨간색으로 배열된 햇빛 스펙트럼이라고 보면 된다.
약간 드물지만, 쌍무지개도 종종 나타난다. 쌍무지개는 1차 무지개 바깥쪽에 2차 무지개가 보인다. 2차 무지개를 암무지개라고도 부른다. 1차무지개와 달리 시반경이 넓다. 시반경 50~53°로 나타난다. 빗방울 안에서 빛의 반사가 두 번 일어날 때 만들어진다. 무지개 색 배열은 안쪽이 빨간색, 바깥쪽이 보라색으로 1차 무지개와 달리 반대 색상 배열로 나타난다.
3차무지개는 1, 2차 무지개와 반대 방향 즉, 태양 방향으로 시반경 38~42°로 나타난다. 빗방울 안에서 빛이 세 번 반사가 일어날 때 만들어진다. 그러나 반사가 될 때마다 상당히 어두워지기 때문에 점점 실제로 보기는 어려워진다. 4차 혹은 그 이상의 무지개도 있을 수 있다. 3차 이상의 무지개 관측은 쉽지 않다.
쌍무지개. 1차 무지개와 2차 무지개가 함께 뜬 것이다. <출처 : (cc) Eric Rolph at English Wikipedia>
그런데 말이다. 지상에서 보이는 무지개는 화살모양으로 반원만 볼 수 있다. 그러나 공중에서 보면 무지개는 원형이다. 왜 그럴까? 물방울을 입체적으로 생각해 보자. 햇빛이 물방울에 비치면 물방울로부터 나오는 빛은 아이스크림콘처럼 원뿔 모양을 이룬다. 원뿔의 뾰족한 점(꼭짓점)을 시선의 위치라고 하면 무지개는 원기둥의 밑면인 원의 둘레처럼 보이게 된다. 그런데 우리가 보는 무지개의 모양이 반원인 것은 어떤 이유일까? 대개의 경우 무지개가 지면에 가리게 되어 반원처럼 보이기 때문이다. 그러나 만약 비행기(비행기의 위치는 원뿔의 꼭짓점)에서 무지개를 본다면 무지개는 분명 원 모양으로 보일 것이다. 그래서 찌그러진 무지개는 볼 수 없고, 무지개의 옆면이나 뒷면도 볼 수가 없는 것이다. 무지개는 항상 정면에서 보인다.
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1 쌍무지개는 색깔의 순서가 서로 반대이다. <출처 : 기상청 기상사진전>
2 스카이다이빙 중에 촬영한 동그란 무지개 <출처 : (cc) Steve Kaufman>
또한 무지개는 다른 종류도 있다. 제1차 무지개의 안쪽과 제2차 무지개의 바깥쪽에 나타나는 무지개가 과잉무지개(supernumerary rainbow)인데, 이것들은 제1차 무지개 및 제2차 무지개를 만드는 물방울로부터의 빛의 간섭에 의해서 생긴다고 추정된다. 태양이 호수 등 잔잔한 수면에 떠 있는 경우, 호수에 비친 태양에 의해서도 엷은 무지개가 생긴다. 그래서 무지개가 겹치게 되는데, 이를 반사무지개라고 한다.
1차 무지개 안쪽에 다시 희미한 무지개가 보일 수 있는데, 이를 과잉무지개라 한다.
무지개 2개가 겹치는 형태로 보이는데, 위의 희미한 무지개가 반사 무지개이다.
안개 등 반지름이 30μm(마이크로미터)보다 작은 물방울의 경우 대일점으로부터 37~40°에서 테만 엷게 물든 폭이 넓은 무지개가 생길 수 있는데 이를 안개무지개(fogbow) 라고 한다. 태양 빛이 아니라 달 빛으로도 무지개가 생길 수 있는데, 이를 달 무지개(moonbow)라고 한다. 석양이나 일출 근처에 무지개가 생길 경우 붉은 색의 단색 무지개가 생길 수 있다.
[네이버 지식백과] 무지개 [Rainbow] - 기상 현상중 가장 아름다운 천상의 이미지 (지구과학산책, 반기성)
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
무지개는 일반적으로 반원 형태의 띠를 이루는 것이 일반적이지만, 항상 그렇지는 않습니다. 무지개는 빛의 굴절과 반사, 그리고 분산 현상에 의해 생성되는 현상으로, 조건이 적절하면 다양한 모양과 색상의 무지개를 볼 수 있습니다.
무지개는 기본적으로 빛의 굴절과 반사가 중요한 역할을 합니다. 빛은 물방울이나 빗방울과 같은 물체를 만나면 굴절하고 반사합니다. 이 과정에서 빛의 파장이 분산되어 다양한 색상으로 나타나게 됩니다. 이때, 빛이 물방울이나 빗방울을 통과하면서 굴절되고 반사되는 각도에 따라서 무지개의 형태와 색상이 달라지게 됩니다.
따라서, 무지개는 빛의 굴절과 반사에 의해 형성되므로, 조건이 적절하면 반원 형태의 띠를 형성하는 것이 일반적입니다. 그러나 빛의 굴절과 반사가 일어나는 조건과 상황이 다양하게 변할 수 있기 때문에, 무지개의 모양과 색상은 항상 다양하게 변할 수 있습니다.
안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다. 무지개는 일반적으로 비가 내리는 날씨에서 태양이 비를 가리면서 빛이 빗방울을 통과하여 생기는 자연현상입니다. 무지개가 왜 볼록하게 반원 형태로 나타나는지에 대한 이유는 다음과 같습니다.
우선, 빛은 공기와 물 등 다양한 물질을 통과할 때 굴절됩니다. 이 굴절되는 각도는 물질에 따라 다르며, 빛이 공기와 물의 경계면에서 굴절되는 각도는 빛의 파장에 따라 다릅니다.
무지개가 생기는 과정에서는, 태양에서 나온 빛이 비를 통과할 때 공기와 물 경계면에서 반사되고 굴절됩니다. 이때, 빛의 파장에 따라 다르게 굴절되는 각도가 있기 때문에, 빨간색, 주황색, 노란색, 초록색, 파란색, 남색, 보라색과 같은 다양한 색상이 나타나게 됩니다.
그리고 무지개가 반원 모양으로 보이는 이유는, 태양에서 나온 빛이 빗방울을 통과할 때 굴절되고 반사되는 각도가 일정하게 유지되기 때문입니다. 이때, 빛이 빗방울에 들어가면서 향하는 방향이 모두 다르기 때문에, 반사된 빛이 서로 겹쳐지면서 볼록한 반원 형태의 무지개가 생기게 됩니다.
즉, 빗방울로부터 반사되는 빛이 어떤 각도에서 만나느냐에 따라 생기는 것이므로, 무지개는 항상 볼록하게 반원 형태로 보이는 것입니다.
안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.
무지개는 사실 지구 상공에서보면 원형으로된 띠로 보입니다.
왜냐하면 물방울의 모양이 대부분 구 형태이고 모든방향을통과한 빛이 굴절되어 원 형태로 나오기때문입니다.
지상에서는 지평선이나 아래지형때문에 반원이 사라지는것이구요.
즉, 원래는 고리형태라고생각하시면 됩니다.
감사합니다.
안녕하세요. 과학전문가입니다.
많은 분들이 모르시는 내용입니다. ^^ 실제로는 무지개는 원래 원형입니다. 지상에서 보기 때무에 반만 보이는 것이고 공중에서 보면 원형으로 보이게 됩니다.
