무지개를 보면 대부분 반원의 형태를 띠고 있는데요 왜 반원의 형태를 띠고 있는 건가요??

Question

안녕하세요

무지개를 보면 대부분 반원의 형태를 띠고 있는데요

왜 반원의 형태를 띠고 있는 건가요??

직선 또는 원의 모양이 나올수는 없는 건가요?

Answer 1

안녕하세요.

무지개가 반원 형태를 띠는 이유는 빛의 굴절, 반사, 분산 현상이 특정한 각도에서 일어나기 때문입니다. 무지개를 이해하려면 먼저 태양 빛이 비구름이나 비를 만나는 물방울에 들어갔을 때 발생하는 빛의 굴절과 내부 반사, 그리고 다시 나오면서의 굴절 과정을 살펴볼 필요가 있습니다.
태양 빛이 물방울에 들어갈 때, 빛은 공기에서 물로 전환되면서 굴절됩니다. 이 굴절은 빛의 속도 차이 때문에 발생하여, 물 속에서 빛은 속도가 느려집니다. 태양 빛은 여러 색으로 구성된 백색광이기 때문에, 각 색깔은 다소 다른 정도로 굴절됩니다. 이 현상을 분산이라고 하며, 이로 인해 빛의 다양한 색상이 나타납니다.
빛이 물방울 내부에서 한 번 이상 반사되면서, 물방울의 뒷면을 향해 반사된 후 다시 앞면으로 나옵니다. 이 때 각 색깔의 빛은 다른 각도로 나오게 되며, 이 각도는 각 색깔의 굴절률에 의해 결정됩니다.
무지개가 관찰되기 위해서는 관찰자가 빛이 물방울에서 나오는 반대편에 있어야 하며, 태양은 관찰자의 등 뒤에 있어야 합니다. 무지개는 태양, 관찰자, 무지개의 중심이 이루는 가상의 원에서 관찰자를 중심으로 약 42도의 각도에 나타납니다. 이것이 무지개가 반원 형태로 보이는 이유입니다.
무지개가 완전한 원으로 보이지 않는 이유는 지평선 때문입니다. 지평선이 무지개의 하단을 가려서 대부분의 경우 무지개는 반원 또는 그보다 작게 보입니다. 그러나 특정 조건 하에서, 예를 들어 비행기에서 높은 곳을 내려다볼 때나 산 꼭대기 등 높은 위치에서는 무지개가 완전한 원으로 관찰될 수 있습니다. 지상에서 무지개가 직선 형태로 보이는 것은 불가능하며, 이는 무지개가 생성되는 물리적 원리와 광학적 특성 때문입니다.