안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
한여름 사막이나 뜨거운 아스팔트 위에서 물웅덩이가 보이는 신기루는 지표면 근처 공기의 온도 차이로 인해 빛이 꺾이는 빛의 굴절 현상 때문에 발생합니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요.
강한 햇빛이 도로나 모래를 가열하면, 지표면에 직접 맞닿은 공기는 매우 뜨거워져 팽창하면서 밀도가 낮아지는 반면, 그보다 약간 높은 곳의 공기는 상대적으로 차갑고 밀도가 높습니다. 빛은 밀도가 높은 공기에서는 속도가 느리고, 밀도가 낮은 공기에서는 속도가 빠릅니다. 하늘에서 지표면 쪽으로 비스듬히 내려오던 빛은 지표면 근처의 뜨거운 공기층에 가까워질수록 진행 속도가 달라지면서 경계면마다 연속적으로 위쪽을 향해 꺾이게 됩니다. 결국 빛은 지면에 부딪히지 않고 U자 모양으로 부드럽게 곡선을 그리며 관찰자의 눈으로 들어갑니다.
인간의 눈과 뇌는 빛이 곡선으로 휘어져 들어왔더라도 빛은 항상 직진해서 들어온다고 판단합니다. 관찰자의 뇌는 아래에서 위로 휘어 들어온 하늘 빛을 지면 아래쪽에서 직진해 들어온 것으로 오인하여 실제로는 파란 하늘의 빛이 지면에 부딪혀 튕겨 나오는 것처럼 보이게 되며, 뇌는 이 파란 하늘의 반사 효과를 도로 위에 고여 있는 물웅덩이로 착각하게 됩니다.