(과학) <하늘이 파란 이유> - 대비 문제(EBS 독서 독해의 원리)

 

 

※ 다음 글을 읽고 물음에 답하시오.

 

하늘의 빛은 태양으로부터 온 것으로, 산란에 의해 진로가 여러 번 꺾여 우리 눈으로 들어오게 된다. 이때 산란이란 빛이 아주 작은 입자에 의해 흡수되었다가 같은 파장의 빛을 곧바로 다시 방출하는 과정을 말하며, 산란된 빛은 빛이 들어온 방향과는 무관하게 임의의 방향을 향하게 된다. 지구에 대기가 없다면 태양 빛의 산란도 일어나지 않으며, 하늘 자체는 빛이 없으므로 검은색으로 보이게 된다. 실제로 대기가 없는 달[月]의 하늘은 빛의 산란이 나타나지 않아 검은색으로 보인다.

그러나 지구는 지표면으로부터 수십 km 두께의 대기층을 가지고 있고, 이 대기층은 주로 질소 분자와 산소 분자들로 구성되어 있다. 이외에도 대기에는 연기 분자나 화산재 등의 입자들도 있는데, 이들은 아주 작은 입자들이지만 질소나 산소 분자에 비하면 상당히 크다. 이처럼 지구 대기에 있는 입자들에 의해 태양 빛의 산란이 일어나기 때문에 하늘이 검은색이 아닌 다른 색으로 보이게 된다. 빛을 산란시키는 입자의 크기가 빛의 파장보다 작은 경우 ‘레일리 산란’이 나타나는데, 레일리 산란은 주로 빛의 파장과 밀접한 연관이 있으며, 일반적으로 짧은 파장의 빛이 긴 파장에 비해 더욱 효과적으로 산란된다.

태양 빛은 백색광으로 이를 스펙트럼으로 분석해 보면 우리가 흔히 무지갯빛이라고 부르는 7가지 색상의 가시광선이 나타난다. 그리고 이러한 가시광선은 빨간색 쪽으로 갈수록 파장이 길고, 보라색 쪽으로 갈수록 파장이 짧다. 대기 중에 있는 기체 분자들은 전하를 띤 입자들로 구성되어 있으므로 이러한 분자가 있는 곳에 태양 빛과 같은 전자기 파동이 지나가면 분자를 이루고 있는 전하들이, 지나가는 전자기파의 주파수와 같은 주파수로 진동하게 되어 산란이 일어난다. 그러나 기체 분자의 크기는 수 나노미터 정도이고 가시광선의 파장은 수백 나노미터 정도이기 때문에 분자의 진동이 활발히 일어나지 않지만, 그중에서도 짧은 파장의 빛이 가장 잘 산란된다.

결국 하늘이 파랗게 보이는 것은 태양 빛의 가시광선 중 파란색 빛이 다른 파장의 빛에 비해 더욱 효과적으로 산란되기 때문이다. 실제로 파장이 가장 짧은 빛은 보라색이지만 태양 빛을 스펙트럼으로 분석해보면 보라색보다 파란색 빛이 훨씬 강하기 때문에 결국 파란색 빛의 산란이 가장 활발하게 이루어진다. 그리고 이렇게 산란된 빛은 우리 눈으로 들어오기 위해서 여러 번의 산란을 거치게 된다.

그러면 해가 막 뜰 때나 석양은 왜 붉은색을 띠는 것일까? 해 질 무렵 관측자인 우리 눈으로 들어오는 태양 빛은 대기 중을 통과하는 거리가 대낮에 태양 빛이 대기 중을 통과하는 거리보다 길다. 낮에는 태양의 고도가 높지만 저녁 무렵에는 태양의 고도가 낮기 때문이다. 태양 빛의 스펙트럼 중 파장이 짧아 산란이 잘 일어나는 파란색 빛은 우리 눈에 도달하기 전에 산란되어 사라져 버리지만, 파장이 긴 빨간색의 빛은 길어진 대기상의 진로에 남아 우리 눈에 도달하게 된다. 이때 진로에 남은 빨간색 빛이 산란을 일으키기 때문에 해가 뜨거나 질 무렵의 하늘은 빨갛게 보이는 것이다.

빛의 산란은 구름 속에 있는 물방울 입자에 의해서도 일어날 수 있다. 하지만 물방울의 크기는 대개 가시광선의 파장보다도 큰 것이 보통이다. 이 경우 산란이 일어나는 정도는 레일리 산란과 달리 빛의 파장에 영향을 받지 않는다. 구름의 색이 흰색이거나 검은 회색으로 보이는 이유는 가시광선 영역에 있는 ㉠모든 파장의 빛이 동등한 정도로 산란되기 때문이며 다만 그 밝기에 따라 흰색 또는 검은색에 가까운 회색빛을 띠게 되는 것이다.

 

 

[해설]

「하늘이 파란 이유」

해제

이 글은 하늘이 파랗게 보이는 이유를 과학적 원리를 활용하여 설명하고 있다. 지구에는 대기가 있기 때문에 지구로 들어온 태양 빛은 대기의 기체 분자에서 산란이 일어난다. 특히 태양 빛에 포함되어 있는 가시광선의 파장은 대기의 기체 분자보다 크기 때문에 ‘레일리 산란’이 일어나는데, 레일리 산란은 짧은 파장의 빛이 가장 잘 산란되는 특성이 있다. 따라서 태양 빛의 가시광선 중 파장이 짧은 파란색 빛이 가장 잘 산란되기 때문에 하늘이 파랗게 보이는 것이다. 또 석양이 붉은색으로 보이는 것은, 해 질 무

렵 태양 빛은 대기 중을 통과하는 거리가 대낮에 태양 빛이 대기중을 통과하는 거리보다 길기 때문에 짧은 파장은 관측자에게 도달하기 전에 사라지고, 파장이 긴 빨간색 빛만이 관측자의 위치까지 도달해 산란되기 때문이다.

 

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주제

하늘이 파란 이유와 태양 빛의 산란

독해 포커스

우리가 하늘을 특정한 색으로 인식하는 이유를 설명하고 있는 글이다. 이 글을 정확하게 파악하려면 먼저 과학적 개념인 빛의 산란과 이러한 산란이 일어나기 위한 전제 조건 등을 정확히 이해해야 한다. 그리고 하늘이 특정한 색으로 보이는 이유를 과학적 인과 관계에 따라 명확하게 이해하여야 한다. 특히 하늘이 파란색과 붉은색으로 다르게 보이는 이유는 무엇인지, 무엇이 이러한 차이를 가져오는지 파악하며 글을 읽어야 한다.

 

 

 

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