오늘 같이 달이 크게 보이는 날에는 문득 필자가 한창 사진을 찍을 궁금했던 현상이다.
달이 지평선에 뜰때는 크게 보이는데 하늘위로 올라갈수로 점점 작아지는 것 같다.
기분탓인가?
기분탓이 아니라면 간단하게 생각해 보면, 지구자전에 의해 가까워진다는 생각이 드는데, 달 입장에서는 그 거리가 크기가 다르게 보일만큼 가까워질려면 엄청 가까워져야 한다,
그런데 매일 그렇게 가까워 진다는게 좀 이상하다
그럼 슈퍼문이 따로 있을 이유가 없다.
그래서 찾아 보고, 아래의 내용으로 정리해 보았다.
Part 1
1. 달이 지평선에 있을때 거리
2. 대기 확대에 의한 크기 차이
3. 겉보기 거리 가설
4. 상대적 크기 가설(에빙하우스의 착시)
Part 2
5. 폰조 착시 (Ponzo illusion)
6. 겉보기 크기 가설(수렴 소시증)
7. 최근 연구
8. 착시를 쉽게 확인할수 있는 방법은?
9. 왜 달은 수평선에서 노란색 또는 주황색으로 보일까?
지평선에 걸린 달이 높이 뜬 달에 비해 두배에서 많게는 네 배까지 커 보인다고 한다. 슈퍼문이라고 불리우는 달은 일반적으로 14% 더 크게 보이는거에 비하면 지평선의 걸린달은 단순히 기분탓은 아닌것이다.
달이 지평선에서 크게 보이는 것에 대한 의문은 기원전 300년 쯤에 만들어진 아시리아의 니네베 왕립 도서관에서 발견된 흙판에도 이에 대한 설명이 나와 있고, 기원전 350년경에 그리스 철학자 아리스토텔레스부터 레오나르도 다빈치, 데카르트와 같은 과학자 뿐만 아니라 독일의 철학자 칸트나 쇼펜하우어도 이 의문에 관심을 가졌다.
하지만, 최근까지도 지평선에서 달이 크게 보이는 이유는 달 착시(moon illusion)로 우리가 눈으로 보는 환상에 불가하다는 설명이 지배적이다. 실제 달의 크기는 변하지 않는다는 것이다. 달이 지평선에서 크게 보이는 것에 대한 원인이 착시라는것에서 과학계에서 심리학계로 넘어가게 된 이유이다.
달의 착시의 정확한 원인은 지금도 계속 연구 중이지만 몇가지 일반적인 가설들을 알아보자
1. 달이 지평선에 있을때 거리
일반적으로 달이 지평선에 있을때 지구와 가까워서 더 크게 보인다고 생각할 수 있다. 필자도 그렇게 생각 했었다. 그러나 달과 지구의 거리는 달이 지평선에 있을때가 높이 떠 있을때 보다 약 6,400km 더 멀리 있다고 한다. 이런 차이로 실제로 사진 상으로는 달이 지평선에 있을때 크게가 아니고 약 1.5% 정도 작게 보인다고 한다.
2. 대기확대
달의 크기에 대한 궁금증은 기원전 350년 까지 올라간다. 당시 아리스토텔레스는 천체가 지구 대기에 의해 확대되어서 수평선에서 더 크게 보인다고 언급하였다. 그는 지구 대기가 물렌즈와 같은 역할을 해서 달, 태양, 별의 이미지를 확대한다는 이론을 제안했다.
진공 상태인 우주공간에서 빛은 지구 대기를 통과하면서 굴절이 된다. 이때 굴절은 공기의 밀도가 높아지면 굴절각이 더 커지는데, 지평선에 가까울수록 공기의 밀도가 높기 때문에 보름달의 윗부분보다 아랫 부분이 더 많이 굴절된다. 따라서 지평선에 붙어 있는 해나 달은 아래쪽이 조금 더 위로 굴절되어 약간 찌그러져 보여서, 실제는 지평선에서 더 작게 보인다. 그래서 해가 질때 수평선의 해는 찌그러져 보이고, 달도 지평선에서 찌그러져 보이게 된다.
근데 상하로 찌그러져 보이는 것이지 상하좌우 작아 보이는것은 아니다.
3. 겉보기 거리 가설
서기 200년경에는 겉보기 거리 가설로 달이 지평선에서 큰 이유를 주장하였다.
클레오메데스에 의해 지평선 달이 천정의 달보다 더 멀리 보이기 때문에 더 크게 보인다고 제안을 했고, 11세기에 아랍 학자인 하산 이븐 알 하이담(Hasan Ibn al-Haytham) 은 좀 더 구체적으로 인간은 수직 거리를 판단하는데 익숙하지 않아서 밤하늘이 실제로 반구이지만 밥그릇과 같이 평평한 돔처럼 인식을 해서 하늘의 천정에 있을때 인식된 거리는 지평선에 있을때 보다 더 짧은 거리로 인지 되어, 상대적으로 더 작게 보인다는 것이다. 이것은 실험을 통해 사람은 지평선을 천정보다 4배 정도 멀게 느낀다고 한다는 근거의 주장이다.
쇼펜하우어 또한 1813년에 달의 착시는 "순전히 지적이거나 대뇌적인 것이며 광학적이거나 감각적인 것이 아니다"라며 두뇌는 지상 크기의 물체를 수평 방향으로 보는 데 익숙하며 대기 관점의 영향을 받기도 한다고 주장했다.
달이 하늘에서 다른 사물들과 대체로 가까운 곳에 있는 것으로 인식된다면, 달이 수평선에 접근할 때 멀어질 것으로 느껴서 망막의 이미지가 더 작아져야 한다. 그러나 망막 이미지는 지평선 근처에 있든 없든 같은 크기이기 때문에 뇌는 원근감을 보상하려고 시도하면서 낮게 떠 있는 달이 물리적으로 더 커야 한다고 인식한다는 것이다.
4. 상대적 크기 가설(에빙하우스의 착시)
1890년에는 달의 착시가 과학계에서 심리학계로 확대되었다. 독일 심리학자인 헤르만 에빙하우스가 착시에 대한 설명을 하기 시작했다.달이 지평선에 가까울수록 비교할 만한 것들이 많아 커 보이고,지평선에 가까워진 달이 산, 건물 등과 비교되어 상대적으로 커 보이고 하늘 높이 떠 있을때는 비교대상이 없이 없어 작아 보인다는 것이다.
하지만 에빙하우스 착시에 의한 크기 변화는 실제로 10%정도 밖에 안된다고 한다. 또한 수평선 위에 보이는 달은 주위에 특별한 비교 대상이 없음에도 불구하고 달이 크게 보인다. 아래 그림에서 달의 실제 크기는 동일하다.
하지만 에빙하우스 착시에 의한 크기 변화는 실제로 10%정도 밖에 안된다고 한다. 또한 수평선 위에 보이는 달은 주위에 특별한 비교 대상이 없음에도 불구하고 달이 크게 보인다.
5. 폰조 착시는 이후는 Part 2에서 알아 보도록 하자
Part 1
1. 달이 지평선에 있을때 거리
2. 대기 확대에 의한 크기 차이
3. 겉보기 거리 가설
4. 상대적 크기 가설(에빙하우스의 착시)
Part 2
5. 폰조 착시 (Ponzo illusion)
6. 겉보기 크기 가설(수렴 소시증)
7. 최근 연구
8. 착시를 쉽게 확인할수 있는 방법은?
9. 왜 달은 수평선에서 노란색 또는 주황색으로 보일까?
References
1. Lloyd Kaufman and James H. KaufmanAuthors Info & Affiliations "Explaining the moon illusion", PNAS January 4, 2000, 97 (1) 500-505, https://doi.org/10.1073/pnas.97.1.500
4. https://skyandtelescope.org/
5. https://skyandtelescope.org/
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