비가 오고 난 후에 무지개가 생겨나는 원리가 무엇인가요?

Question

어제 오후에 비가 오고 난 후에 햇빛이 비치면서 하늘에 무지개가 생겼더라구요. 비가 오고 난 후에 무지개가 생겨나는 원리가 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

무지개는 공기 중에 떠 있는 수많은 물방울이 태양빛을 갈라주는 천연 프리즘 역할을 하면서 나타나는 현상입니다.

태양에서 오는 햇빛은 사실 빨주노초파남보의 모든 색의 빛이 섞여 있는 상태입니다. 빛이 공기 중에서 동그란 물방울 안으로 들어갈 때, 매질의 차이 때문에 빛의 속도가 줄어들며 진행 방향이 꺾이게 됩니다

​비가 그친 후 햇빛이 공기 중의 미세한 물방울 속으로 들어갈 때, 빛의 속도가 줄어들며 방향이 꺾이는 굴절이 일어납니다. 이때 햇빛 속에 섞여 있던 여러 색상의 빛이 파장에 따라 꺾이는 각도가 달라지며 빨주노초파남보로 갈라지는 분산 현상이 나타납니다.

​물방울 안으로 들어간 빛은 뒷면 안쪽 벽에 부딪혀 거울처럼 튕겨 나오는 내부 반사를 거친 뒤, 물방울을 빠져나오며 한 번 더 꺾입니다. 이처럼 색깔별로 펼쳐진 빛이 태양을 등지고 서 있는 관찰자의 눈에 들어오면서 아름다운 아치형 무지개로 보이게 됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 정재경 전문가입니다.

비가 온 뒤 하늘에 무지개가 뜨는 것은 공기 중에 남아 있는 수많은 물방울이 ‘작은 유리 프리즘’ 역할을 하기 때문입니다.

우리가 평소에 보는 햇빛은 눈에 보이지 않지만, 실제로는 여러 가지 색깔의 빛(파장)이 모두 섞여 있는 흰색 빛(백색광)입니다. 비가 그친 직후 공기 중에는 미세한 물방울들이 빽빽하게 떠다니는데, 이때 태양빛이 이 물방울 안으로 들어가는 순간부터 무지개 반응이 시작됩니다.

빛은 공기 중을 지나갈 때와 물속을 지나갈 때 이동하는 속도가 다릅니다. 이 속도 차이 때문에 햇빛이 물방울 표면에 부딪혀 안으로 들어가는 순간 빛의 경로가 꺾이는 현상(굴절)이 일어납니다. 이때 빛을 구성하는 색깔마다 꺾이는 각도가 서로 조금씩 다릅니다. 빨간색 빛은 비교적 살짝 꺾이고, 보라색 빛은 가장 많이 꺾이면서 뭉쳐 있던 햇빛이 여러 색깔로 갈라지기 시작합니다.

물방울 안으로 들어간 빛은 물방울의 뒷면 안쪽 벽에 부딪혀 거울처럼 반사(전반사)된 뒤, 다시 물방울 앞쪽으로 튕겨 나옵니다. 그리고 물방울 밖 공기 중으로 빠져나오면서 한 번 더 꺾이게(굴절) 됩니다.

결국 빛은 물방울에 들어갈 때 한 번 꺾이고, 내부에서 반사된 뒤, 빠져나오면서 또 한 번 꺾입니다. 이 과정에서 섞여 있던 빛들이 완벽하게 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라색의 순서대로 펼쳐져 우리 눈에 들어가게 됩니다.

태양을 등지고 서 있을 때, 내 머리 뒤쪽에서 들어온 햇빛이 공기 중의 수많은 물방울들을 거쳐 꺾이고 튕겨 나오면서 눈으로 들어오는 빛들이 모여 커다란 다채로운 아치 모양의 무지개로 보이게 되는 것입니다.