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[특집]무지개(3)...왜 빨간색이 제일 위로 올라오는 걸까?

물방울에서 꺾여 나온 빛은 보라색이 빨간색보다 위쪽에 있는 데 왜 우리가 보는 무지개에서는 빨간색이 위쪽에 있을까. 무지 개를 만드는 물방울들은 대개 관측 장소로부터 수 km 이상 떨어 져있다. 예를 들어 1km 떨어진 곳에 물방울들이 있다고 가정해 보자. 해는 지평선에 걸려 있어서 햇빛이 물방울이 있는 평면 과 수직으로 진행한다고 하자. 그러면 모든 물방울에서 빨간색 빛은 햇빛과 42。를 이루는 곳에서 나온다. 그렇다면 내 눈에 들어오는 빨간색 빛은 어느 높이의 물방울에서 나올까. 내 눈의 위치가 지표면의 바로 위라고 생각하면 대략적으로 730m 높이에 있는 물방울에서 나오는 빨간색 빛이 내 눈으로 들 어온다는 것을 알 수 있다(호의 길이=2π×중심각/360×반지름 이므로, 물방울의 높이=2π×42°/360×1,000m≒730m다). 즉 지 표면 위 1km 지점에 있는 물방울에서 나오는 빨간색 빛은 시야 로 들어오지 않는다. 그런데 물방울에서 나오는 보라색 빛은 빨간색보다 2。 높으므 로 내 머리(시야)의 30m(2π×2°/360×1,000m≒30m) 위를 지난 다. 따라서 그 물방울에서 나오는 보라색 빛은 내 눈으로 들어 오지 못한다. 그러면 내 눈에 들어오는 보라색 빛은 어느 높이 의 물방울에서 나오는 것일까. 눈치챘겠지만 730m 높이보다 30m 아래에 있는 물방울에서다. 따라서 700-730m 사이에 있는 물방울들로부터 나오는 모든 빛들이 주황색, 노란색, 초록색, 파란색, 남색의 빛이 순차적으로 보인다. 물론 이것은 물방울 이 관찰자로부터 1km 떨어졌을 때의 일이다. 만약 관찰자로부 터 5km 떨어졌다면 더 크고 폭이 넓은 무지개를 볼 수 있다. 2차 무지개는 물방울의 아랫 부분으로 입사해 나온 빛이 만든 다. 1차 무지개와는 달리 밑에서부터 빨주노초파남보의 순서로 보인다. 2차 무지개는 물방울 속에서 두 번 반사하기 때문에 한 번 반사한 1차 무지개와 반대로 보라색 빛이 빨간색 빛의 바 깥쪽으로 나온다. 따라서 쌍무지개를 보면 색깔이 대칭적이라 는 것을 확인할 수 있다.
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