하늘은 왜 파랗고 노을은 왜 붉은가?

청명한 가을 날에 하늘을 보면 굉장히 파란 색을 볼 수가 있지요? 

하지만 해가 저물 때의 하늘은 그와 다르게 매우 붉고 색다른 매력을 뿜어 내게 되는데요. 

이런 자연의 아름다운 배경을 보면서 낮의 하늘은 왜 파랗고, 해가 저 물때의 노을은 왜 붉은가? 하고 한번쯤은 생각을 해보셨을 겁니다. 

오늘은 그와 관련된 과학상식에 대해 준비해 보았습니다.

1. 이런 자연현상이 일어나는 원인은 무엇인가요?

네, 일출이나 일몰 때를 제외하고 태양이 어느 정도 높게 떠 있을 경우에 하늘은 파랗게 보이는데요. 그 이유는 공기 입자들에 의해 빛의 산란이 일어나기 때문입니다. 

여기서 말하는 빛의 산란이라는 것은 대기 중의 공기를 구성하는 작은 알갱이들이 빛을 사방으로 흩뜨리는 것을 말하는데요. 

산란되는 정도는 빛의 파장, 즉 파의 길이에 따라 달라지게 됩니다. 

우리가 볼수 있는 무지개색을 예로 들자면 붉은 색계통의 빛이 파장이 가장 길고 주황색, 노랑색, 초록색, 파란색, 남색, 보라색 순으로 갈수록 짧아지게 되는데요, 

이런 빛의 파장 차이에 의해서 우리 눈에 보이는 하늘의 색이 다르게 되는 겁니다. 

2. 아 그럼 하늘이 파란 것은 파장이 짧은 빛에 의한 것이군요?

그렇습니다. 파장이 긴 붉은 색 보다는 파장이 짧은 파란색이나 보라색 빛이 더 잘 산란이 됩니다. 

알기쉽게 수학적으로 설명을 드리자면 파란색이 빨간색에 비해 2배 짧으면 두배가 아닌 2의 4승, 즉 2를 4번 곱한 16배가 더 산란이 잘 되는 것입니다.  

그래서 낮에는 태양광선이 대기 중을 통과하면서 붉은 색보다 파란색 계통의 빛이 더 많이 산란되고, 

이 산란된 파란 빛이 지표면의 관측자에게 들어오기 때문에 하늘이 파랗게 보이는 것입니다.

3. 똑같은 태양으로부터 온 빛에서 산란이 일어나는 건데 노을은 왜 붉은 거죠? 

그 이유는 태양의 위치 차이 때문입니다. 하늘이 파랗게 보이는 낮에 떠있는 태양의 위치는 저녁노을에 보이는 위치보다 지표면에서 더 가깝습니다. 

그래서 빛이 대기층에 들어오고 나서부터 사람의 눈까지 오는 경로가 짧기 때문에 빨간색과 파란색이 같이 들어와서 산란이 되지만 산란이 더 많이 되는 파란색 빛이 더 잘 보이게 됩니다. 하지만 일출이나 일몰이 일어 날 때는 태양이 지평선상에 놓이게 되어서 빛이 사람의 눈까지 도달하는 경로가 낮보다 훨씬 길어지게 됩니다. 

이 경우 사람에게 빛이 도달하기 전에 태양 가까운 쪽에서 파란색 빛은 모두 산란되어 없어지지만, 파장이 긴 붉은색계열은 산란이 덜되기 때문에 

우리 눈에 도달하여 노을이 붉게 보이는 겁니다.