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파란 하늘, 빨간 저녁 노을

하늘은 요술쟁이인가 보다. 맑은 가을 하늘은 파란색을 띠지만 저녁이 되면 빨간 저녁 노을을 선사한다. 왜 대낮의 하늘은 파란색일까?
우리가 색을 볼 수 있는 것은 태양 광선 때문이며, 태양 광선은 여러 가지 색깔을 지닌 빛의 혼합이다. 이러한 현상은 태양 광선을 프리즘에 통과시켜 보면 쉽게 알 수 있다. 태양 광선은 무지개빛 스펙트럼으로 분리되는데, 이는 크게 적색, 녹색, 청색으로 구분할 수 있다.

브레이크등은 왜 붉은색일까?

자외선 쪽의 빛인 청색은 파장이 짧고, 적외선 쪽의 빛인 적색은 파장이 길다. 태양 광선은 대기를 통과하여 우리 시각에 도달하는데, 대기 중에는 공기나 먼지, 그 밖의 다양한 물질이 존재한다.
태양 광선은 지구의 대기를 통과할 때 대기 중에 존재하는 다양한 분자에 의해 산란된다. 그 때 적색과 녹색은 대기 중을 그대로 통과하는데, 청색의 파장은 대기 중의 산소 또는 질소에 의해 쉽게 산란된다. 이러한 청색의 산란 때문에 하늘이 푸르게 보이는 것이다.
적색의 빛은 산란이 잘 안 되어 멀리까지 전달된다. 자동차 브레이크등도 적색인데, 날씨가 좋지 않을 때에도 신호를 멀리까지 전달할 수 있다.
이제 태양의 색을 관찰해 보자. 태양의 색은 아침에는 붉은 색, 한낮에는 노란색, 저녁에는 다시 붉은 색을 나타낸다. 어떻게 태양은 시간에 따라 다른 색을 나타낼까?
태양의 색은 시각에 따라 변하는데, 그것은 빛이 대기 중을 통과하는 거리의 길고 짧음에 따라 결정된다. 정오에는 태양이 똑바로 위에 있고, 빛은 얇은 대기권을 수직으로 관통한다. 이 때, 청색의 파장은 대기 중의 입자에 의해 산란되고, 대기를 통과한 적색과 녹색은 서로 섞여 노란색을 띠게 되므로 태양이 노란색으로 보인다.
일몰 때가 되면 빛이 대기 중을 통과하는 거리가 훨씬 길어지고, 그 때문에 입자에 닿는 일도 많아져 비교적 긴 파장의 빛인 녹색도 산란하게 되므로 태양은 붉은 색으로 변해 가는 것이다.

저녁노을이 붉게 물드는 것은 공중에 존재하는 입자로 인해
다양한 파장으로 구성된 태양광선이 산란되기 때문이다.

이와 같이 파란 하늘, 붉은 저녁 노을, 변하는 태양의 색은 다양한 파장으로 구성된 태양 광선과 공중에 존재하는 입자 때문이다. 만약 공중에 먼지나 공기, 그 밖의 물질이 존재하지 않으면 하늘은 무슨 색으로 보일까? 또, 태양은 어떤 색을 띠고 있을까?
우선 하늘의 색을 살펴보자. 공중에 다른 물질이 존재하지 않으면 적색, 녹색, 청색 중 어느 것도 산란되지 않으므로 하늘은 검은 색을 띠게 된다. 따라서, 태양은 적색, 녹색, 청색의 혼합인 백색을 띠게 될 것이다. 실제로 비행기로 높이 올라갔을 때 하늘은 검은 색을 띤다.

높고 푸른 가을 하늘

대기의 상태가 변함에 따라 태양과 하늘의 색은 어떻게 변하는지 알아보자. 봄이 되면 황사 현상이 발생하는데, 이것은 중국 대륙의 황토 지대의 가는 모래가 강한 바람에 날아올라 서서히 내려오는 현상이다. 이러한 황사 현상이 하늘의 색을 어떻게 변화시킬까?
공기 중에 존재하는 모래 먼지는 질소나 산소보다 훨씬 큰 입자로 태양 광선의 적색을 산란시킨다. 그 결과, 적색과 청색의 빛이 섞여 하늘은 흰빛을 띤다. 같은 원리로, 북방의 하늘도 일반적으로 공기 중에 수분이 많이 때문에, 흰빛을 띈다.
우리 나라의 가을 하늘은 높고 푸르다. 그 이유는, 가을 날씨가 건조하여 긴 파장을 산란시키는 수증기가 적기 때문이다. 또, 공기 중에 먼지가 많으면 하늘은 파란색을 잃게 되는데, 하늘의 색깔만 보아도 그 지방의 오염도를 알 수 있다.
즉, 파란빛의 하늘을 가진 곳은 공기 중에 먼지가 적기 때문이므로 환경이 잘 보존된 지역이고, 잿빛 하늘은 공기 중에 많은 먼지가 포함되어 있다는 것을 의미한다. 심한 폭풍우 뒤 잿빛 하늘이 파란 하늘로 변하는 것은 공기 중의 입자들이 모두 씻겨 없어졌기 때문이다.

하늘은 공기 중의 먼지가 적으면 파란색을 띠지만 먼지가 많으면 잿빛을 띠게 된다.