Scandal 13 (Part 2). 달이 지평선에서 더 크게 보인다?

 

Full Moon and Boston Light Image Credit & Copyright: Babak Tafreshi (TWAN), https://apod.nasa.gov

 

오늘같이 달이 크게 보이는 것이 과학적인 현상이 아니고 단순히 착시라는 것을 Part 1 에서 언급하였고

Part 2에서 최근 연구 및 착시라는 증거를 어떻게 확인한것인지 알아 보자

 

 

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?

 

 

 

5. 폰조 착시(Ponzo illusion)

 

https://wikipedia.org /

 

이탈리아 심리학자인 마리오 폰조가 1911년에 시연하였는데, 한 쌍의 수렴하는 수평선 위에 두 개의 동일한 물체를 놓으면 위쪽의 것이 아래쪽보다 크게 보인다. 이 현상을 “철도 선로 착시”라고도 한다. 집, 나무 및 기타 물체는 "철도 선" 역할을 하여 달이 우리에게서 멀리 떨어져 있으므로 큰 선형 원근법을 생성할 수 있다. 멀리 있는 철길이 더 작게 보이지만 철길의 폭은 크기가 모두 같다는것을 우리는 경험에 의해서 알고 있다.

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이렇게 조건이 변하더라도 대상의 크기는 일정하게 인지하는 "크기 항등성"이라고 하며 이를 다르게 표현하면 가까운 배경에 있는 물체와 먼 배경에 있는 물체의 크기가 같을때 우리는 먼 쪽에 있는 물체를 더 크게 느낀다는 의미로 해석할수 있다. "멀리"(수평선 "위에" 있기 때문에) 물체가 "머리 위" 물체보다 더 크게 나타나는 현상이다.

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https://skyandtelescope.org/

 

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6. 겉보기 크기 가설(수렴 소시증)

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우리의 뇌는 눈의 초점으로 물체까지의 거리와 겉보기 크기를 판단을 한다.

1. 달이 지평선에 있을때는 우리는 달을 크게 멀리 있는 물체로 인식하고 먼 곳에 초점을 맞춘다.

2. 높은 하늘에 있을때는 초점을 맞출 것이 없기 때문에 우리의 눈은 기본 초점에서 설정된 몇 미터에 불과하며 우리의 두뇌는 달을 가깝고 작게 인식을 하게된다. 실제로 우리의 눈이 다양한 거리에 있는 물체에 물리적으로 초점을 맞추는 방식 때문에 발생할 수 있는것이다.

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7. 최근 연구

 

달이 지평선 근처에 있을 때나 높은 하늘에 떠 있을 때나 지구에서 볼 때 거리와 크기가 실제로 똑같기 때문에 달착시현상은 사실 사람의 뇌가 외부 정보를 받아들여 해석하는 과정에서 일어나는 착시에 대해서 과학자들은 지금까지 이 현상에 대해 겉보기-거리 이론과 겉보기-크기 이론의 두가지 설명이론을 제시했으나 두 이론은 서로 반대되는 것이어서 논란이 되어 왔다.

 

달 착시현상 설명 이론 중 더 오래된 것(겉보기-거리 이론)은 달이 지평선 근처에 있으면 주변 지형 등의 정보가 뇌의 거리인식에 영향을 미쳐 달이 실제보다 더 커 보이게 된다는 것과, 1965년에 등장한 다른 이론(겉보기-크기 이론)은 높이 뜬 달이 더 작아 보이기 때문에 뇌가 지평선 근처의 달보다 더 멀리 있는 것처럼 인식한다고 설명한다.

 

​2000년에 와서도 달이 지평선에서 크게 보이는 이유에 대해서는 계속 연구가 되고 있다.

2000년 미국 학술원회보(PNAS)는 1월4일자(https://doi.org/10.1073/pnas.97.1.500) 에서 미국 뉴욕대 심리학자 로이드 카프만 교수와 그의 아들인 IBM 알마덴연구센터 물리학자 제임스 카프만 박사가 `달 착시현상의 원인을 실험을 통해 밝혀냈다며 표지논문으로 다뤘다.

 

고도에 관계없이 관찰자(수평선 중앙)와 달 사이의 거리는 채워지지 않은 원 기준으로 일정하게 유지된다. 그러나 고도가 높아질수록 가까워지는 것으로 채워지는 달이 인식되어 점점 작아지는 것으로 나타난다. "Explaining the moon illusion", PNAS, Lloyd Kaufman and James H. Kaufman , PNAS, 97 (1) 500-505

 

 `겉보기-거리 이론''은 뇌가 먼저 물체가 있는 곳까지의 거리를 판단하고 그에 따라 크기가 달라보이는 착시가 생긴다는 것이고 `겉보기-크기 이론''은 눈으로 보이는 크기 차이에 따라 거리가 실제보다 멀거나 가깝게 인식된다는 것이다. 그러나 카프만 박사팀은 최근 컴퓨터와 광학계를 이용, 지평선 근처와 높은 하늘에 떠 있는 달을 만들어 보여주는 실험으로 `겉보기-거리''이론이 옳음을 입증했다.

 

달 착시현상은 인간의 뇌가 지평선 근처의 달이 하늘 높이 떠 있는 달보다 더 멀리 있다고 인식하기 때문에 발생한다는 것이다.

카프만 박사팀은 아래 그림에 있는 두 개의 달이 있는 풍경을 묘사하며, 왼쪽 달은 두 개의 달의 거리가 작고 고정되어 있고 오른쪽 달은 두개의 달이 가까워 지는데 왼쪽 달보다 조금 멀리 떨어져 있는데, 왼쪽 달이 오른쪽 달보다 더 가깝고 작게 보인다는 것이다.

"Explaining the moon illusion", PNAS,  Lloyd Kaufman  and  James H. Kaufman , PNAS, 97 (1) 500-505

 

결국 지평선 근처의 달이 하늘 높이 떠 있는 달보다 멀리 있다고 인식하기 때문에 `멀리 있는 것은 작아보인다''는 상식을 보완하려는 작용으로 달이 실제보다 더 커져 보인다는 것이다.

 

이 연구에서 실험 참가자들은 지평선 근처의 달이 높이 떠 있는 달보다 자신들로부터 4배나 더 멀리 있다고 인식하는 것으로 나타났으며 컴퓨터 모니터에 띄운 달을 더 가까이 옮길 경우 달이 오히려 더 작아보인다는 반응을 보였다.

 

이는 끝이 점점 좁아지는 철로 그림의 가까운 곳과 먼 곳에 길이가 같은 선을 그렸을 때 먼 곳에 그린 선이 더 길어보이는 `폰조 원근착시(Ponzo perspective illusion)''와 비슷한 현상이다.

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2006년 크기가 동일하더라도 오른쪽이 더 크고 더 멀리 있다고 인식하고 왼쪽이 더 가깝고 더 작은 것으로 인식되는 동일한 불체 보다 뇌의 시각지도에서 더 큰 활성화 영역을 생성한다는 발견을 했다.

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(  머레이 외. 2006  )

 

하지만 아직까지 달 착시에 대한 정확한 이유를 찾고 있다는것이 재미있는것 같다.

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8. 착시를 쉽게 확인할수 있는 방법은?

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1) 지평선에 있을때 사진을 찍어보고, 밤하늘에 떴을때 사진을 찍어서 크기를 비교하면 동일하다는 것이다.

왼쪽 하단에 떠오른 주황색 달은 수평선 위일때, 왼쪽 상단과 오른쪽 하단에 복제된 달은 천정에 있을때 사진이다. 녹색 선은 왼쪽 이미지 쌍의 수평 직경이 동일함을 나타내고, 아래쪽 이미지의 수직 직경은 지구 대기의 굴절로 인해 카메라 센서에 도달하는 이미지가 "뭉개졌기" 때문에 다른것이지 실제 크기가 변하지는 않았다., https://moon.nasa.gov/

 

 

2). 지평선에 있을때 종이를 말아서 만화경 처럼 크기를 고정한 상태에서 밤하늘에 떴을때 달을 보면 동일하다는 것을 알수 있다.

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3). 뒤돌아선 채로 다리를 벌리고 허리를 굽혀 다리 사이로 달을 보면 원래 크기로 보인단다. 1992년에 코렌이라는 학자가 달의 환영, 다리 사이로 볼때의 차이"라는 논문을 쓰기도 했지만 왜 그렇게 보이는지에 대해서는 불분명하다. 허리를 굽혀 거꾸로 달을 보면, 달이 머리위에 있는 것처럼 느껴지기 때문이라는 설도 있고, 거꾸로 보면 모든 것이 낯설어서 비교할 대상이 없기 때문이라는 가설도 있고, 거꾸로 서 있는 것 자체에 에너지를 쏟느라 다른 판단을 못한다는 설도 있다.

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9. 왜 달은 수평선에서 노란색 또는 주황색으로 보일까?

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달이 수평선에서 노란색 또는 주황색으로 보이는것은 달에서 오는 빛이 공기를 더 많이 통과하면서 파장이 짧은 파란색은 산란되어 흩어지고, 파장이 긴 빨간색은이나 초록색은 우리 눈에 도달하면서 주황색으로 보이게 된다.

https://www.quora.com/

 

https://www.quora.com/ ​

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파장과 산란에 대한 자세한 설명은 아래에 포스팅 되어 있다.

 

Sandal 11. 하늘은 파란색인데 노을은 왜 붉은색 일까?

Scandal 11. 하늘은 파란색인데 노을은 왜 붉은색일까?

 

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?

 

 

달에 사람을 보내고 인공위성을 보내는 시대에 아직까지 달의 착시에 대한 정확한 원인을 모르고 있다는것이 참 재미 있는것 같다. 정확한 원인 파악이 되어 그때 다시 포스팅 할수 있었으면 하는 바램이다.

 

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

2. https://moon.nasa.gov/

3. https://www.quora.com/

4. https://skyandtelescope.org/

5. https://skyandtelescope.org/

6. https://www.skyatnightmagazine.com/

7. https://starwalk.space/