하늘이 파란 이유는

하늘이 파란 이유는공기중의 질소와 산소 때문에 푸르게 보이는 것이다.

긴 관보다 작은 관이 높은 음을 내듯 공기의 입자가 작을수록 고유 진동수가 작습니다. 대기의 대부분을 차지하는 질소와 산소 분자는 전자기파 스펙트럼 중 자외선의 고유진동수를 가진 매우 작은 공명자입니다.

(원자가 자신에게 비추어진 빛을 재방출하는 것처럼 매우 작은 입자도 마찬가지입니다. )

태양으로부터 오는 자외선은 대기의 질소와 산소에 의해 산란되죠. 달리 표현하면 질소와 산소에 입사된 자외선이 사방으로 재방출된다는 것입니다.

자외선이 가장 잘 산란되고 가시광선 중에서 파란색, 녹색, 노란색, 주황색, 빨강색의 순서로 산란됩니다.(빨강색 빛은 자외선의 10분의 1 정도만 산란됨) 한마디로 진동수가 낮을수록 (파장이 길수록) 산란은 덜 일어난다는 것입니다.

비록 이러한 산란으로 푸른빛 보다는 자외선, 보라빛이 더 많이 산란되지만 사람의 눈은 자외선은 아예 보지 못하고 보라보다는 푸른빛에 훨씬 더 민감하기 때문에 우리가 보는 합성색은 푸른 하늘색으로 나타나는 것입니다. 온 하늘이 푸르게 보이는 이유는 파란 색의 빛이 사방에서 산란되어 우리 눈에 들어 오기 때문이죠.

재미있는 사실은 공기 중에 질소나 산소 분자보다 훨씬 더 큰 먼지나 입자가 있을 때 더 낮은 진동수의 빛이 더 많이 산란되어 모든 색을 골고루 산란시키게 되므로 모든 색이 같은 정도로 산란되면 결과적으로 흰색에 가까워지고 따라서 하늘은 덜 푸르게 보이고 더 희끄무레한 색으로 물들 게 된다는 것입니다. 그러나 심한 폭풍우 뒤에는 먼지 입자들이 씻겨나가므로 하늘은 짙은 푸른색으로 변하게 됩니다.

공기가 없는 달에서 낮에 하늘을 보면 무슨색일까요? 산란되는 빛이 없으므로 검게 보입니다. 태양만 밝게 빛나고...

한편 물이 푸른 이유는 무엇일까요? 호수나 바다가 진한 푸른색을 띄는 것은 하늘의 푸른색이 반사되기 때문입니다. 물 본래의 빛깔은 물의 바닥이 하얀 물질일 때 볼 수 있는 희미한 녹색빛이 도는 푸른색입니다.

물은 거의 모든 빛을 투과시키지만 적외선은 모두 흡수합니다. 이것은 물분자가 적외선의 진동수에 공명하기 때문이죠. 적외선의 에너지는 물의 내부에너지로 변환되기 때문에 햇빛이 물을 데우는 것입니다. 물분자는 또한 빨강 빛의 진동수와 매우 적은 양이 공명하기 때문에 빨강 빛도 물에 약간 흡수되죠. 물의 깊이가 15미터 될 때 빨강 빛의 세기는 1/4로 줄어듭니다. 30미터 깊이의 물을 통과하는 빨강 빛은 매우 적습니다. 빨강 빛이 백색광에서 제거되면 어떤 빛깔이 남을까요? 즉 빨강의 보색은 무엇인가 하는 것입니다. 빨강의 보색은 감청색으로 푸른빛이 도는 녹색입니다. 따라서 이런 깊이의 바닷물의 색은 녹색으로 보이게 되죠.

따라서 하늘은 대기중의 분자들이 푸른색을 강하게 산란시키기 때문에 푸르게 보이는 반면 물은 물분자들이 빨강을 흡수하기 때문에 푸른빛을 띠는 녹색으로 보이는 것입니다.