1. 푸르른 하늘색으로 보이는 대기
우리 주변의 공기는 투명하지만 하늘을 올려다보면 파랗게 보입니다. 또한 동이 트기 직후의 동쪽 하늘과 황혼의 서쪽 하늘이 붉게 보입니다. 이런 식으로 아침이나 저녁에 하늘이 파랗거나 빨갛게 보이는 이유는 무엇인지 한번 알아보겠습니다.
햇빛은 다양한 색의 빛이 모여 있는 곳으로, 각 색에 따라 산란과 구부러짐의 용이성이 다르기 때문입니다. 이것은 무지개로 명확하게 설명됩니다. 무지개는 공기 중의 햇빛으로 나뉘며 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 자주색의 7가지 색으로 보입니다. 프리즘 빛을 분리할 수 있는 도구를 사용하면 집 안에서도 빛이 색상으로 나뉘어 있는 것을 관찰할 수 있습니다.
좀 더 자세히 보면 빛은 태양, 전등 등에서 주변으로 빛을 발산하는 파동의 일종임을 알 수 있습니다. 빛의 색은 봉우리에서 산 까지 파동의 길이 (파장)에 의해 결정됩니다. 적색광은 파장이 길고 청색광은 파장이 짧은 식입니다.
파장이 짧은 빛은 공기 중의 질소, 산소 등의 분자에 의해 쉽게 분산되어 모든 곳으로 퍼집니다. 이 현상을 "산란"이라고 하며 파장이 짧을수록 산란이 잘 활성화됩니다. 즉, 파장이 짧은 청색광은 파장이 긴 적색광보다 산란이 용이하기 때문에 하늘이 파랗게 보입니다.
2. 일몰은 빨개지는 이유는 무엇인가?
밤이 다가오게 되면 태양이 수평선에서 멀어지고 있음을 의미합니다. 수평선에서 멀어지게 되면 가시광선의 길이가 더 길어지게 됩니다. 빛나는 태양에서 멀어지면 푸른색이 눈이 닿지 않는 먼 곳에 흩어져 잘 보이지 않습니다. 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 자주색의 7가지 색 중 길어질수록 빨간색 순서부터 산란일 일어나는 것이 거의 없이 직접적으로 오게 됩니다.
해가 뜰 때 일몰뿐만 아니라 하늘도 붉게 물들고, 수평선 가까이에서는 태양뿐만 아니라 달과 별도 붉게 보인다는 것도 같은 원리라고 합니다. 석양이 빨갛게 물든 이유는 해가 멀어지기 때문이고, 먼 거리까지 도달하는 붉은빛은 다른 색보다 보기 쉽기 때문에 빨간색으로 보입니다. 이러한 이유로 저희가 일상을 살아가면서 다양한 하늘의 색을 보면서 살아갈 수 있게 됩니다.
3. 북극이나 남극에서 보이는 오로라는 어떠한 원리인가?
오로라는 북극과 남극과 같은 고위도에서 볼 수 있는 현상입니다. 이 오로라의 근원은 태양의 "태양풍"입니다.
태양풍은 때때로 태양 표면에서 발생하는 큰 폭발 시 태양에서 방출되는 전자와 양성자를 말하며 바람처럼 지구로 보내집니다. 이 태양풍은 북극과 남극의 산소와 질소와 같은 원자를 자극하여 빛을 방출합니다. 그렇다면 왜 오로라는 북극과 남극 대륙과 같은 극지방에서만 볼 수 있습니까? 이것은 지구가 북극을 S극으로, 남극을 N극으로 하는 큰 자석이라는 사실과 관련이 있습니다.
태양에서 날아오는 전자와 양성자는 지구의 자석에 끌려 북극과 남극으로 날아갑니다. 이때 그 위의 대기에서 산소와 질소를 자극하여 빛을 방출합니다. 이러한 현상은 태양풍이 지구로 돌진하는 것을 막는 현상입니다. 태양풍은 태양 표면의 폭발에 의해 유발되며 지구에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 지구 주위에는 자기권이라는 자기장 장벽이 있습니다. 이 자기장의 벽으로 인해 태양풍을 막아내는 것입니다.
그러나 자기권은 모든 태양풍을 차단할 수 없으며 일부는 지구를 침범합니다. 이 태양풍은 일부 지역에 에너지를 전달하므로 오로라를 볼 수 있는 지역은 제한적입니다. 오로라의 색이 언제 어디서 보느냐에 따라 달라지는 이유는 산소, 질소 등 대기 성분과 관련이 있습니다. 맑은 날씨, 구름 없음, 어두운 환경은 오로라를 볼 수 있는 조건입니다.