무지개는 어떻게 만들어지는 것일까?

 

 

여름철 소나기가 내린 뒤에 햇빛이 나면, 하늘 위로 떠오르는 일곱 색깔의 고운 무지개입니다.

이 고운 무지개는 어떻게 만들어지는 것일까요?

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무지개의 원리

무지개는 공기 속에 있는 물방울과 햇빛이 만들어 내는 아름다운 현상입니다. 공기 속에 떠 있는 작은 물방울이 햇빛을 받아 빛이 분산되어 나타나는 것입니다.

 

햇빛은 우리 눈으로 보기에 색이 없어 보이지만, 실제로는 여러 가지 빛깔이 섞여 있습니다. 빛의 방향을 바꾸는 도구로 쓰이는 프리즘을 통해 보면 여러 색깔로 나뉩니다. 빛이 프리즘을 통과하면서 색깔에 따라 꺾이는 각도가 다르기 때문입니다. 빨간색은 조금 꺾이고 보라색은 많이 꺾입니다.

 

프리즘을 통한 분광 (이미지출처 : 두산백과, https://www.doopedia.co.kr/photobox/comm/community.do?_method=view&GAL_IDX=110916000797594#hedaer)

 

무지개가 만들어지는 원리도 빛을 프리즘에 통과시키는 것과 같습니다. 소나기가 지나간 대기 중에는 물방울이 많아집니다. 이 물방울이 프리즘의 역할을 합니다. 햇빛이 이 물방울을 통과할 때 햇빛의 방향이 꺾이고 흩어집니다. 이때 햇빛이 꺾이는 정도에 따라 햇빛의 색깔이 다르게 나타납니다. 즉, 햇빛이 공기 중의 물방울을 통과할 때 분산되면서 여러 가지 색으로 나뉘어 무지개를 볼 수 있게 되는 것입니다.

 

 

무지개의 종류

무지개의 종류를 구분하는데에는 색, 형태가 사용되는데 무지개의 색은 물방울의 크기가 밀접한 관계가 있습니다.

물방울에 의한 광선의 굴절에 의해 처음으로 무지개를 설명한 것은 13세기에 활약한 폴란드의 비텔로입니다. 비텔로의 이론은 실험과학의 시조로서 베이컨에 의해 계승되었습니다. 베이컨은 무지개를 구름 속의 물방울이 구슬 모양의 거울로 작용하기 때문에 상(像)이 휘어서 색조가 생기는 것으로 생각했습니다.

 

제1차 무지개는 물방울에 의한 2회의 굴절과 1회의 반사에 의해서, 제2차 무지개는 2회의 굴절과 2회의 반사에 의해서 나타납니다. 이것을 최초로 주장한 것은 M.A.도미니스입니다. 이것과 독립적으로 1637년 R.데카르트도 굴절 원리에 의해 무지개를 설명했습니다. I.뉴턴은 프리즘의 실험에 기초를 두고, 서로 다른 색의 광선은 굴절률에 차이가 있고, 이 차이로 무지개가 생기는 것으로 설명했습니다. 또한 영국의 천문학자 G.B.에어리는 물방울의 크기의 차이에 의해서 여러 종류의 무지개가 나타나는 것을 밝혔습니다.

 

무지개에는 다음과 같이 여러 종류가 있습니다.

 

① 제1차 무지개(primary rainbow) : 대일점(對日點)을 중심으로 반지름 약 42°의 광륜(光輪)으로서, 바깥쪽에 파장이 긴 적색, 안쪽에 파장이 짧은 청색이 나타납니다.

 

② 제2차 무지개(secondary rainbow) : 흔히 쌍무지개라 하는 것으로, 빗방울 안에서 빛이 두 번 굴절·반사되어 만들어지며, 흔하지는 않지만 종종 볼 수 있습니다. 제2차 무지개는 제1차 무지개와는 달리 반지름이 약 51°로서 색의 배열순서가 반대로 나타납니다.

 

매일신문 보도자료, https://news.imaeil.com/page/view/2013071510341375942

 

③ 과잉무지개(supernumerary rainbow) : 제1차 무지개의 안쪽과 제2차 무지개의 바깥쪽에 나타나는데, 이것들은 제1차 무지개 및 제2차 무지개를 만드는 물방울로부터의 빛의 간섭에 의해 생깁니다.

 

④ 반사무지개(reflection rainbow) : 태양광선이 매끄러운 수면에 반사된 다음 물방울에 입사될 때, 제1차 무지개 위에 생기는 같은 크기의 엷은 무지개입니다.

 

⑤ 안개무지개(fogbow) : 반지름이 30μm(마이크로미터)보다 작은 물방울의 경우 대일점으로부터 37~40°의 거리에 나타나며, 테먼 엷게 물든 폭이 넓은 무지개입니다.

 

⑥ 수평무지개(horizontal rainbow) : 수면 위 등에서 수평면에 줄지어 떠 있는 물방울에 의해서 생깁니다. 모양은 태양고도가 42° 또는 51°보다 작은가, 큰가, 같은가에 따라 각각 쌍곡선 모양, 타원 모양, 포물선 모양으로 보입니다.

 

제주 수평무지개 (이미지출처 : 해럴드경제, http://news.heraldcorp.com/view.php?ud=20131120001124)

 

무지개와 전설

무지개에 얽힌 전설은 수없이 많습니다. 중국에서는 무지개는 연못의 물을 빨아 올려서 생기는 것으로 생각해 왔습니다. 이와 같은 생각은 아메리카 인디언들에게도 있었습니다. 그러나 이에 대한 해석에 있어서는 상당한 차이가 있습니다. 한국에서는 옛날에 무지개 현상을 보고 홍수를 예상했습니다. 한 가지 예로서 ‘서쪽에 무지개가 서면 소를 강가에 내 매지 말라’는 속담이 있습니다. 서쪽 무지개는 동쪽에 태양이 있는 아침 나절에 서쪽에 비가 오고 있음을 뜻합니다. 그리고 한반도는 편서풍 지대에 속해 있어 모든 날씨의 변동이 서쪽에서 동쪽으로 이동하기 때문에 비오는 구역이 점차 동쪽으로 이동하여 자기가 사는 곳까지 비가 올 가능성이 큽니다.

또 무지개는 소나기에 잘 동반됩니다. 소나기는 빗방울이 굵기 때문에 짧은 시간에 많은 양의 비가 내리는 것이 보통입니다. 따라서 홍수가 일어나기 쉽고, 홍수로 하천이 범람하여 귀중한 농우(농작업을 도와주는 소)를 떠내려 보내는 일이 없도록 예고한 것입니다. 이에 반하여 아메리카 인디언들은 물을 빨아 올리므로 가뭄의 원인이 된다고 생각했습니다.

 

무지개가 선 곳을 파면 금은보화가 나온다는 전설이 있는 나라도 있습니다. 예를 들어 아일랜드에서는 금시계가, 그리스에서는 금열쇠가, 노르웨이에서는 금병과 스푼이 무지개가 선 곳에 숨겨져 있다고 하였습니다. 이들 전설의 기원은 아마도 무지개를 잘 동반하는 강한 소나기가 내린 뒤에 고대 유적과 같은 곳의 표토가 씻겨져 내려서 아름다운 유물들이 발견된 데서 유래된 것이 아닐까 생각됩니다. 성서에서는 노아의 홍수 후 신이 다시는 홍수로써 지상의 생물을 멸망시키지 않겠다는 보증의 표시로서 인간에게 보여준 것으로 보았습니다.

 

그리스 신화에서는 무지개 여신인 이리스(Iris)가 있이며 제우스의 사자(대사자)로 알려져 있습니다. 이 밖에 여러 민족에 따라 하늘과 땅 사이의 다리(북유럽 신화), 뱀(아메리카 인디언) 등으로 해석되고 있습니다. 아프리카의 바이라족(족)은 지상신(천상의 신)이나 말레이 반도의 원주민은 하늘나라의 거대한 뱀 또는 뱀이 물을 마시러 온 것이라고 생각했습니다. 무지개를 타고 뱀이나 용이 물을 마시러 내려온다는 전설은 적지 않습니다. 동남아시아에서는 무지개를 신령이 지나다니는 다리 또는 사다리로 해석했습니다. 한국에도 선녀들이 깊은 산속 물 맑은 계곡에 목욕하러 무지개를 타고 지상으로 내려온다는 전설이 있습니다.