소나기가 내린 뒤 해가 나오면 하늘에 무지개가 생기는 경우가 많습니다. 빛의 다채로운 유희는 광학의 기초로 설명할 수 있습니다 .

언뜻 보면 태양빛은 대부분 흰색으로 보입니다. 실제로 그것은 광범위한 파장으로 구성됩니다 . 이는 햇빛이 빨간색에서 파란색까지 다양한 색 구성 요소로 퍼지는 무지개에서 볼 수 있습니다. 이 현상은 프리즘에서도 발생하는 효과로 인해 발생합니다. 전자기파가 공기 같은 한 매체에서 프리즘의 유리와 같은 다른 매체로 통과하자마자 광선은 경계면에서 굴절됩니다.브란덴부르크 공과대학교 공과대학교(Brandenburg University of Technology)의 마이클 볼머(Michael Vollmer)는 “파장에 따라 굴절이 달라집니다.”라고 설명합니다.

언뜻 보기에 태양의 빛은 보통 흰색으로 보입니다. 하지만 실제로는 다양한 파장의 빛이 함께 어우러져 광범위한 스펙트럼으로 구성되어 있습니다. 이는 햇빛이 빨강에서 파랑까지 다양한 색상으로 퍼져나가는 무지개에서 볼 수 있습니다. 이 현상은 프리즘에서도 발생하는 효과로 인해 발생합니다. 전자기파가 공기 같은 한 매체에서 프리즘의 유리와 같은 다른 매체로 통과하자마자 광선은 경계면에서 굴절됩니다. “파장에 따라 굴절이 달라집니다.”라고 브란덴부르크 공과대학교의 마이클 볼머는 설명합니다.

이 효과는 비 전선의 작은 물방울에 햇빛이 닿을 때 대기 중에서도 일어날 수 있습니다. “햇빛은 프리즘처럼 빗방울에 들어가면서 색상 스펙트럼으로 나뉩니다.”라고 볼머는 말합니다. 그러나 이러한 햇빛의 분열은 무지개 생성의 첫 단계에 불과합니다.

태양 광선은 서로 다른 입사각으로 빗방울에 닿으므로 서로 다른 각도로 편향됩니다. 그러나 빗방울의 구형 기하학은 특히 많은 수의 광선이 비슷한 정도로 편향되도록 보장합니다. 42도 각도에서는 특히 많은 양의 반사광을 관찰할 수 있습니다. 라이센스: CC by-nc-nd

들어오는 태양 광선 중 일부는 거의 구형에 가까운 빗방울을 통과하여 뒤쪽에 남아 다시 굴절됩니다. 그러나 다른 일부는 구부러진 뒤쪽에서 반사되어 앞쪽에서 외부로 되돌아갑니다. 빛은 또한 물과 공기 사이의 경계면에서 다시 굴절됩니다. 빗방울에서 빛의 광선이 나오는 각도는 입사각에 따라 달라집니다. 그러나 물방울의 기하학적 구조로 인해 특히 많은 수의 광선이 같은 정도로 굴절되어 약 42도 각도에서 관찰할 수 있습니다. “이 현상이 무지개 모양을 만들어냅니다.”라고 볼머는 말합니다. 그리고 하늘의 익숙한 색 그라데이션은 파란색의 관측 각도가 빨간색보다 약 2도 작기 때문에 발생합니다.

어떤 날에는 첫 번째 무지개 바로 바깥쪽 하늘에서 두 번째 무지개를 볼 수도 있습니다. “이 두 번째 무지개를 형성하는 빛은 빗방울 안에서 한 번 더 반사된 후 빗방울을 떠납니다.”라고 볼머는 말합니다. 이론적으로 빛은 빗방울 안에서 더 자주 반사될 수도 있지만 그 과정에서 강도가 떨어집니다. 또한 호의 위치가 바뀝니다. 예를 들어 세 번째와 네 번째 호는 서로 반대 방향이 아니라 태양의 방향에 있습니다. 결과적으로 가시성이 뛰어난 조건에서도 차수가 높아지는 무지개는 더 이상 육안으로 볼 수 없습니다.

빗물 전선에서 나오는 빗방울 하나하나는 빗물 전선에 떨어지는 햇빛을 굴절하고 반사합니다. 빗방울의 기하학적 구조로 인해 빗방울은 42도 각도에서 특히 많은 양의 빛을 반사합니다. 이 빛이 우리 눈에 들어오기 위해서는 빗방울을 향한 우리의 시선과 태양의 반대점을 향한 우리의 시선 사이의 각도도 42도가 되어야 합니다. 이 조건을 충족하는 모든 방울은 호(무지개) 위에 있습니다. 라이센스: CC by-nc-nd

물론 무지개에는 하나가 아니라 햇빛을 굴절시키고 반사하는 수많은 빗방울이 필요합니다. 또한 빗방울이 모든 방향에서 같은 양의 빛을 반사하지 않기 때문에 자연의 장관을 보려면 올바른 위치에 있어야 합니다. “빗방울을 향한 시선과 태양 중심을 향한 시선 사이의 각도가 약 42도일 때 가장 많은 빛이 우리 눈에 도달합니다. 이 조건을 충족하는 모든 빗방울은 원호, 즉 무지개를 형성합니다.”라고 볼머는 설명합니다. 엄밀히 말하면 이 빛은 전체 원을 형성할 수도 있습니다. “하지만 풍경은 보통 무지개의 아래쪽 부분을 잘라냅니다. 하지만 운이 좋으면 비행기나 높은 산에서 전체 원을 관찰할 수 있습니다.”

출처: Welt der Physik CC by-nc-nd