노을의 물리학

‘아침노을과 저녁노을은 왜 차이가 나는 것일까?’

노을에 관한 오래된 물음 그리고 그에 관한 물리학적 탐구

‘아침노을과 저녁노을은 왜 차이가 나는 것일까?’ 이 책은 바로 이 물음에서 시작한다. 물음에 대한 답은 어렵지 않게 찾을 수 있다. 사람들에게 잘 알려진 해설을 보자. 밤이 되면 햇빛이 없어 대기가 안정되고, 생물의 활동도 줄어들면서 먼지가 적어진다. 그뿐만 아니라 기온이 낮아지고 습도는 높아져 공기 중의 수증기가 먼지와 엉켜 땅으로 더 빨리 내려오기 때문에 아침노을이 더 밝고 선명하다. 다른 설명은 이렇다. 아침이 되면서 우리 눈이 주변 환경의 밝기에 적응하기 때문에 아침노을이 저녁노을보다 더 밝게 보인다. 익히 알려진 이런 설명을 모두 받아들이기엔 뭔가 미심쩍고 개운치 않다. 만약 그게 다라면 바다 한가운데에 있어서 먼지가 일 수 없는 섬에서도 노을이 차이가 나는 이유는 뭘까? 오전에 날카롭던 햇빛이 오후에 부드럽게 바뀌는 현상은 어떻게 설명할까? 카메라 설정값과 렌즈 상태를 똑같이 해서 찍은 아침노을과 저녁노을은 왜 차이가 날까?

오래전부터 노을에 대해 품었던 물음은 다른 관심에 밀려 기억에서 사라졌다가 어느 날 문득 다시 떠오른다. 학교를 졸업하고 여러 일을 하던 지은이가 열대의 노을이 화려하고 아름답다는 말을 듣고 태국으로 가서 노을 사진을 담고, 이집트의 백사막과 볼리비아의 우유니 사막, 페루, 뉴질랜드 등 세계 곳곳을 여행할 때면 노을 사진을 찍었던 이유는 아마도 바로 그 오래된 궁금증 때문일 것이다. 이 책은 바로 이런 오랜 물음에 대한 지은이의 대답이다.

우리가 해와 하늘과 노을에 관해 알고 싶은 거의 모든 것

아침노을과 저녁노을이 왜 다른지 이야기하기 전에 노을을 먼저 알아야 한다. 그리고 ‘저 타는 붉은 노을’에 다가가려면(게다가 물리학적으로!) 거쳐야 할 것이, 설명해야 할 것이 있다. 그 첫 번째 단계는 바로 빛이다. 책은 1장에서 빛에 대해 다루면서 간섭, 스펙트럼, 흑체복사 등 광학의 기본적인 내용을 설명한다. 2장에서는 우리가 어떻게 빛을 인지하고 색깔을 인식하는지를 다룬다. 이후 책은 본격적으로 하늘과 해 그리고 노을 현상에 대해 살핀다. 산란 개념으로 하늘이 파랗고 노을이 붉은 이유를 설명하고, 노을이 질 때 해의 겉보기 모습에 나타나는 네 가지 현상, 즉 굴절로 인해 떠올라 보이는 현상, 모양의 왜곡, 신기루, 노루꼬리 등의 현상에 대해서도 흥미로운 이야기를 펼쳐놓는다. 물론 책의 핵심 주제인 아침노을과 저녁노을이 다른 이유에 대해서도 도플러효과 조석력의 영향 등을 검토하면서 과연 그런 것들이 영향을 주는지를 살펴본다. 지은이는 왜 도플러효과가 노을에 영향을 주지 못하는지 그리고 조석력이 어떤 영향을 주는지 6장과 7장에 걸쳐서 다룬다.

빛과 대기와 해, 기압, 먼지, 날씨, 지리, 인간의 시각, 조석력 등 수많은 것이 함께 빚어내는 자연의 위대한 오케스트라!

자연현상이나 물리현상 중 언뜻 보기에 쉽게 설명할 수 있을 것 같지만, 아직은 그 해답을 찾지 못한 문제들이 있다. 얼음이 미끄러운 이유, 비행기가 나는 원리, 번개가 치고 비가 내리는 원리는 등과 같은 문제들이다. 노을에 관한 물음은 어떨까? 지은이는 이렇게 쓴다. “우리가 지금 살펴보려는 노을 문제는 지금까지 수많은 사람이 관심을 가졌지만 신통치 못한 답을 내놓고는 그냥 대충 넘어간 문제 중 하나이다.”(135쪽) 이 책은 바로 그 신통치 못한 답을 보완하려는 노력의 결과이다.

‘노을에 관한 물리학’이라니 왠지 딱딱할 것만 같다. 물론 기본적으로 ‘딱딱한’ 물리학적인 내용이 나오기는 한다. 하지만 곳곳에 들어 있는 개인적 에피소드, 여행 이야기와 지은이가 직접 사진은 딱딱한 물리학을 부드럽게 한다. 노을은 빛과 대기와 해, 기압, 먼지, 날씨, 지리적 위치, 인간의 시각, 조석력 등 수많은 것들이 함께 빚어내는 자연의 위대한 오케스트라이다. 하루가 저물면서 서쪽 하늘을 온통 붉게 물들이는 노을에 경이로움과 황홀함을 느끼는 사람이라면 한 번쯤 물리학적으로 바라보는 노을 이야기에 귀 기울여보길 바란다. 

황춘성

중학교 때까지 공부는 뒷전이었고, 들판을 쏘다니며 자연을 관찰하는 것을 더 좋아했다. 고등학교 때 주위 친구들이 공부하기에 얼결에 같이 공부해 건국대학교 물리학과에 들어갔다. 만물의 이치를 탐구하는 물리학은 재미있었지만, 대학원에 다니는 것은 내키지 않아 중도에 자퇴했다. 회사원, 학원 강사, 정치인 보좌관, 블로거, 사진작가 등 다양한 일을 했다. 사람들에게 잘못 알려진 패러다임에 관한 글을 꾸준하게 쓰고 있다. 자연을 관찰하고 사진 찍는 일에 관심이 많으며, 관련 사진 전시회도 여러 차례 했다. 특히 거미 사진을 찍는 것을 좋아한다. 〈프레시안〉에서 운영하던 서비스 키워드가이드에서 ‘세상의 오류들’이라는 제목으로 여러 기사를 썼다. 과학, 사진, 리뷰 등을 중점적으로 다루는 블로그 ‘황금벌레연구소’를 운영하고 있다.

머리말 004

1장 빛의 과학

01 빛이란 무엇인가? 16

02 빛은 어떻게 움직일까? 20

03 스펙트럼 29

04 흑체복사 45

2장 우리가 색을 인식하는 방법

01 흡수와 편광 58

02 우리는 색을 어떻게 인식할까? 64

03 특이한 시각을 갖는 사람들 69

04 뇌는 색깔을 어떻게 인식할까? 72

3장 노을의 과학

01 회절과 산란 85

02 하늘은 왜 파랄까? 91

03 노을은 왜 붉을까? 93

04 곱지 않은 노을은 왜? 102

4장 대기가 해를 보여주는 방법

01 늦게 뜨고 일찍 지는 해 110

02 찌그러진 해 112

03 오메가 현상 114

04 노루꼬리 123

5장 아침노을과 저녁노을은 왜 다를까?

01 아침노을이 왜 더 밝을까 135

02 주위 환경이 만드는 노을의 차이 137

6장 도플러효과와 노을

01 파동 148

02 도플러효과 149

03 빛 도플러효과 150

04 가로 도플러효과 151

05 중력 도플러효과 152

06 도플러효과의 응용 156

07 도플러효과와 노을 166

7장 조석현상과 노을

01 중력 173

02 조석력 177

03 조석력이 노을에 미치는 영향 192

맺음말 195

참고자료 198