“우리가 알던 반원은 착시였다?”…드론에 포착된 ‘360도 원형 무지개’의 과학
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비가 갠 뒤 하늘을 올려다볼 때 우리는 흔히 활처럼 휜 ‘반원형 무지개’를 떠올립니다. 그러나 광학 물리학의 관점에서 보면 무지개는 본래 완벽한 360도 원형입니다.
지표면이라는 물리적 한계에 가려져 반쪽만 보아왔던 대자연의 온전한 형상이, 한 사진작가의 드론 카메라를 통해 그 신비로운 실체를 온전히 드러냈습니다.
영국 브리스톨 출신의 자연사 전문 사진작가 샘 로우리(Sam Rowley)는 야외 촬영 중 상공으로 띄워 올린 드론을 통해 이 경이로운 광경을 포착했습니다.
지상에서는 결코 포착할 수 없었던 완벽한 고리 형태의 무지개가 렌즈 가득 담긴 것입니다. 일명 ‘천국의 문’이라 불리는 이 현상은 단순한 우연이 아닌, 철저한 대기 광학 법칙이 빚어낸 자연의 산물입니다.
Instagram ‘samrowleywild’
무지개는 공기 중에 떠 있는 수많은 미세 물방울이 프리즘 역할을 하면서 발생합니다. 태양 빛이 물방울 안으로 들어갈 때 굴절되고, 뒷면에서 반사된 뒤 다시 밖으로 나오면서 굴절되는 과정을 거치게 됩니다.
이때 관찰자의 눈을 정점으로, 태양 빛과 시선 방향이 약 40도에서 42도를 이루는 원뿔 형태의 테두리를 따라 빛의 스펙트럼이 맺히게 됩니다.
평소 지상에 서 있는 관찰자는 시야의 절반이 땅과 지평선에 가로막혀 원의 윗부분인 ‘호(Arc)’ 형태만 보게 됩니다.
반면 드론이나 비행기처럼 시야를 가리는 장애물이 없는 높은 상공에서는 관찰자 아래쪽 공기 중에도 물방울이 충분히 분포하므로, 빛이 그리는 원뿔의 밑면 전체인 ‘360도 완전한 고리’를 관측할 수 있게 됩니다.
Instagram ‘samrowleywild’
특히 당시 포착된 무지개는 색의 띠가 여러 겹으로 겹쳐 보이며 더욱 몽환적인 분위기를 자아냈습니다.
이는 주무지개 바깥에 빛이 두 번 반사되어 나타나는 쌍무지개 현상이나, 물방울의 크기가 균일할 때 빛의 간섭으로 발생하는 ‘과잉 무지개(Supernumerary rainbow)’ 현상이 더해진 결과로 분석됩니다.
샘 로우리는 “수많은 촬영을 해왔지만 자연의 광학 현상이 이토록 완벽하고 웅장하게 맞아떨어진 순간은 처음”이라며 벅찬 소회를 남겼습니다. 과학적 필연과 자연의 우연이 하늘 높이 빚어낸 이 빛의 고리는, 익숙한 일상 너머에 숨겨진 자연의 경이로움을 다시금 일깨워 줍니다.
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