Scandal 2 (Part 2). 무지개는 아치형이다

 

 

무지개의 원리와 왜 아치형으로 생기는지에 대해서 Part 1에서 설명을 했다

Part 2에서는 쌍무지개와 3중 무지개는 어떻게 생기는지 알아보자

 

Part 1 
1. 무지개의 발견
2. 빛의 굴절
3. 무지개의 원리
4. 아치형의 무지개

Part 2 
3. 쌍무지개(double rainbow)의 원리
4. 삼중 무지개 (Triple rainbow)

 

3. 쌍무지개(double rainbow)의 원리

​

무지개도 종종 보지만, 무지개를 볼때 옆에 희미하게 한개의 무지개가 더 있는것을 볼수 있다. 흔히들 쌍무지개라고 하는데, 쌍무지개를 보면서 대부분 사람들이 눈치채지 못했을 특이한 점은, 두 번째 아치가 첫번째 아치 외부에 표시되며 색상 순서가 반전되어 아치 안쪽에 빨간색이 표시된다

​

 

이는 빛이 물방울을 떠나기 전에 물방울 내부에서 두 번 반사되기 때문에 발생한다. 두번째 무지개(Secondary rainbow)는 첫번째 무지개(Primary rainbow) 보다 밝지 않아서 더 보기 힘들다. 이것은 물방울에서 한번 반사되어 첫번째 무지개를 생성하는 빛의 양보다 두번 반사되어 두번째 무지개를 형성하는 빛의 양이 훨씬 작기 때문이다.

 

번째 무지개는 굴절-반사-굴절에 의해 발생하고 두번째 무지개는 굴절-반사-반사-굴절에 의해서 발생한다.

 

물방울 하나가 두번째 무지개와 첫번째 무지개를 형성하는 데 관찰자를 기준에 대한 물방울의 위치에 따라 색상이 결정된다.

 

첫번째 무지개는 물방울 위쪽 절반에서 입사하고 굴절로 인해 물방울이 빛보다 아래쪽으로 편향될때 나타날수 있고, 두번째 무지개는 물방울의 아래쪽 절반에서 입사되고 굴절로 인해 물방울이 위쪽으로 편향될때 나타날수 있다. 첫번째 무지개와 두번째 무지개 사이의 어두운 영역은 알렉산더 띠(alexander's band)라고 불리운다.

 

​

​

4. 삼중 무지개 (Triple rainbow)도 있을까?

​

이론적으로는 물방울 속에서 세번 반사되면 세번째 무지개가 만들어 질수 있다. 세번째 무지개는 첫번째 무지개와 같은 색상 순서를 가지고 같은각도에서 형성된다. 그러나 세번째 무지개는 첫번째 무지개의 1/5 정도의 밝기와 태양을 바라보는 방향에서 발생하기 때문에 더욱더 관측하기가 어렵고 일반적인 무지개가 나타날때 보다 더 어두운 환경에서만 관찰이 가능하다. 지난 250년 동안 과학계에서는 단 5번의 삼중 무지개가 보고되어 신화로만 알려져 있었다.

​

그러나 최근 고성능 카메라와 후처리 기술의 발전으로 M Grossmann, E Schmidt, & A Haussmann는 2011년 9월 Applied Optics, Vol.50, No. 28에 "Photographic evidence for the third-order rainbow" 아래의 최초의 사진이 논문에 실렸다.

 

(a) 2011년 5월 15일, 18 ∶ 00 UTC, Kämpfelbach, Germany 의 원본 이미지. 2개의 기(b) 대비 확장 및 언샵 마스킹 후 처리된 버전 , M Grossmann, E Schmidt, & A Haussmann, "Photographic evidence for the third-order rainbow",Applied Optics, Vol.50, No. 28(2011)

​

한달 후 2011년 9월 M Theusner는 4차 무지개의 사진을 Applied Optics, Vol. 50, Issue 28 에 "Photographic observation of a natural fourth-order rainbow" 에 발표 했다.

 

M Theusner "Photographic observation of a natural fourth-order rainbow", Applied Optics, Vol. 50, Issue 28 (2011)

5. 3개 이상 보이는 무지개는 어떻게 생기는걸까?

​

아래와 같은 무지개는 태양의 반대편에 3개 이상 무지개가 보이는데, 삼중 무지개는 태양방향에 존재한다고 앞서 설명을 했다. 그럼 아래 사진의 무지개는 어떻게 생기는 것일까?

결론 부터 말하면 태양이 수면에 의해 반사로 다른 태양광원의 효과로 생기는 무지개이다.

 

http://www.nbcbayarea.com http://malevus.com

 

​

태양에서 오는 아래로 향하는 기본 무지개와 수면에서 반사되어 태양 광선이 낮은쪽에서 높은 쪽으로 오는 무지개를 발생시킨다. 태양광선의 축이 2개가 생기면서 기본 무지개가 2개의 다른 축으로 생기는 원리 이다.

 

 

 

그래서 수면의 반사에 의한 무지개의 색깔 순서는 기본 무지개의 색깔 순서와 같이 나타나게 된다. 쌍무지개 라면 수면 반사에 의해 무지개 축이 다른 쌍무지개가 하나 더 생기는 것이다.

​

 

위에서 알아 보았듯이 무지개는 빛이 관찰자의 등뒤 있고 관찰자 시선 방향의 특정한 각도에 물방울이 존재했을때 빛의 굴절과 반사, 분산에 의해 나타나는 현상이다.

아래는 필자가 찍은 쌍무지개 사진이다.

그때는 자세히 보지 않았는데 지금 보니 쌍무지개의 색깔 순서가 반대라는 것을 알수있다.

 

 

Photo by 사이언스 스캔들

 

​

비가 오고 후 비행기를 탔을때, 태양을 등지고 날아가고 있다면 창밖을 유심히 봐야 겠다.

​

원형 무지개를 볼수도 있다.

​

Part 1 
1. 무지개의 발견
2. 빛의 굴절
3. 무지개의 원리
4. 아치형의 무지개

Part 2 
3. 쌍무지개(double rainbow)의 원리
4. 삼중 무지개 (Triple rainbow) 

 

 

References

 

1. M Grossmann, E Schmidt, & A Haussmann, "Photographic evidence for the third-order rainbow",Applied Optics, Vol.50, No. 28(2011)

2. M Theusner "Photographic observation of a natural fourth-order rainbow", Applied Optics, Vol. 50, Issue 28 (2011)

3. http://apod.nasa.gov

4. https://www.wikipedia.org/