레일리 산란: 하늘이 유난히 파래보이는 날

하늘이 더 파래 보이는 계절은 언제일까?

초여름 하늘을 바라보면 유난히 파랗고 투명하게 느껴진다.
창밖을 보다가 “오늘 하늘은 왜 이렇게 예쁘지?” 싶은 날, 사실 그 뒤엔 과학적인 이유가 숨어 있다. (기분탓일수도)

빛의 산란

햇빛은 사실 무지개처럼 다양한 색(파장)을 섞은 ‘백색광’이다.
이 빛이 지구 대기를 만나면, 공기 중의 분자와 부딪히며 산란이 일어난다.

그중에서 파장이 짧은 파란색(약 450nm)은 긴 파장보다 훨씬 더 잘 산란된다.
이는 파장이 짧을수록 공기 분자와 상호작용할 수 있는 빈도가 높기 때문이다.
파장이 짧은 빛일수록 진동수가 높아 전자기파가 공기 분자의 전자들과 더 자주 상호작용할 수 있으며, 이로 인해 더 많이 산란된다.


이 현상을 레일리 산란(Rayleigh scattering)이라고 부르며, 산란 강도는 파장의 역의 네제곱에 비례한다.

산란 강도 ∝ 1/λ⁴

이 때문에 파장이 짧은 파란빛은 빨간빛보다 약 10배 이상 더 강하게 산란되어, 우리는 사방에서 들어오는 파란빛을 ‘하늘이 파랗다’고 인식하게 되는 것이다.

계절에 따라 하늘 색이 다른 이유

하늘의 파란 정도는 단순히 햇빛의 문제만이 아니다.
대기 중의 입자와 습도, 기온, 미세먼지의 농도가 결정적 영향을 미친다.

• 겨울: 상대적으로 건조하고, 대기 중 수증기와 부유물질이 적음 -> 산란이 적고 맑은 파란빛이 도달

• 여름: 습도가 높고 공기 중 수증기 입자가 많음 -> 빛이 산란되는 경로가 달라지며 탁해보임

그런데 재미있는 건,
5~6월, 초여름의 하늘은 공기도 맑고 습도도 낮아 가장 ‘청명하게 파란 하늘’을 볼 수 있는 시기라는 점이다.

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파란 하늘은 왜 기분까지 좋게 만들까?

사실, 뇌과학 연구에 따르면 사람은 푸른색을 보면 안정감을 느끼고 집중력이 높아진다고 한다.
파란 하늘을 보면 괜히 사진 찍고 싶어지고, 산책 나가고 싶어지는 것도 이 때문일지 모른다.

그러니 요즘처럼 하늘이 유독 파랗게 보이는 날엔,
단순히 ‘날씨 좋다’고 넘기지 말고, 빛의 산란과 계절의 변화가 만들어낸 자연 속 과학의 예술이라는 걸 떠올려보는 건 어떨까?