아침 무지개의 소중함

우리 눈에 보이는 무지개는 실상 대기 중을 낙하하는 물방울 속에 태양광선이 입사했다가 되돌아 나오는 것을 보는 것이다. 그 과정을 좀 더 논의해보자.

 

태양광선은 빗방울에 입사할 때 감속 및 굴절한다. 이때 가장 많이 굴절하는 빛은 자주색이고 가장 적게 굴절하는 빛은 붉은색이다. 물방울에 진입하는 광선의 대부분은 물방울을 곧장 투과하지만 그 중 일부는 물방울의 뒷면에 충돌했다가 물방울 안에 반사된다. 광선이 물방울 뒷면에 충돌했다가 반사될 때 형성되는 각도를 임계각이라 한다. 물의 경우 임계각은 48도이다. 

 

 

 

이 임계각을 초과하는 각도로 빗방울의 뒷면에 부딪치는 광선은 물방울 내부에서 반사되어 사람의 눈에 도달하게 되는데 각 파장마다 굴절정도가 다르기 때문에 물방울 내부에서 반사된 빛이 대기에 재진입할 때는 각도를 약간씩 달리한다. 예를 들면, 붉은 빛은 본래의 태양광선과 42도의 각도를 형성하여 보라색은 40도를 이룬다.

 

그러므로 빗방울에 들어갔다 나오는 빛은 빨강에서 보라까지의 분광을 형성하는 것이다. 각 빗방울에서 나오는 빛은 사람의 눈에 한가지 색으로만 보이므로 찬란한 1차 무지개가 형성되려면 무수히 많은 방울이 필요하다.