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[특집]무지개(4)...비행기를 타고보면 무지개가 동그랗게 보이는 이유는?

그림 속에 등장하는 대부분의 무지개는 원의 일부분인 호나 반 원 모양이다. 실제로 우리가 보아 온 모양이 그렇기 때문인데 여기에도 중요한 이유가 있다. 물방울이 완전한 구(球)모양이 면 햇빛은 물방울의 표면 중 한 지점에 화살처럼 들어가는 것 이 아니다. 밤에 손전등을 비췄을 때처럼 해를 향하고 있는 물 방울 표면 전체로 들어간다. 이 빛은 물방울 안에서 굴절하고 색깔별로 다르게 진행한다. 입체적으로 보면 물방울로부터 나오 는 빛은 화살처럼 나오는 것이 아니라 아이스크림 콘같은 고깔 모양이다. 빨간색 빛은 중심각이 42。인 고깔 모양으로, 보라 색 빛은 중심각이 40。인 고깔 모양으로 물방울에서 나온다. 즉 무지개가 원형인 이유는 물방울이 원형이기 때문이다. 만약 물방울이 원형이 아닌 사각형이나 삼각형이라면 우리는 새로운 모양의 무지개를 볼 수 있다는 얘기다. 해가 지평선에 걸려있고 빗방울들이 관찰자로부터 1km 떨어진 곳에 있다고 하자. 관찰자보다 730m 높이에 있는 물방울에서 나 오는 빛 중 빨간색 빛이 관찰자 눈으로 들어온다. 그런데 관찰 자를 중심으로 좌우로 퍼져있는 물방울들에서 나오는 빛은 어떨 까. 위로 730m 높이에 있는 물방울에서 나오는 빛이 관찰자 눈 에 들어오는 것과 마찬가지로 관찰자로부터 수평으로 42。, 거 리로는 730m 떨어진 곳에 있는 물방울로부터 나오는 빨간색 빛 도 눈에 들어온다. 만약 관찰자 아래쪽으로 730m 지점에도 물방울이 있다면 그 물 방울에서 나오는 빨간색 빛도 눈으로 들어올 것이다. 그런 물방 울들을 전부 모으면, 태양과 나를 연결한 직선이 물방울들이 모 여 있는 평면과 만나는 곳을 중심(반일점)으로 원이 된다. 즉 반일점을 중심으로 원모양의 무지개를 볼 수 있게 된다. 그러 나 현실적으로 물방울들은 지표면 위에만 있을 수 있으므로, 지 표면 위에 서있는 사람들은 동그란 도넛같은 무지개를 보기 힘 들다. 하지만 비행기를 타거나 산 위에 올라가서 관찰자를 중심으로 사방에 물방울이 있게되면, 완전한 원 모양의 무지개를 볼 수 있다. 이때 완전한 원 모양의 무지개를 보려면 물방울까지 약 1km 떨어진 경우 물방울이 적어도 높이와 폭이 모두 1460m (730 ×2m) 이상 되는 지역에 퍼져 있어야 한다. 즉 물방울이 충분 히 넓은 지역에 퍼져 있어야 한다는 말이다. 그렇지 않으면 일 부가 잘려나간 무지개를 볼 수도 있다.
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