하늘은 왜 파랗고 노을은 왜 붉을까? 비누방울과 페트병으로 밝혀보는 놀라운 과학!
사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일이 실험이죠!
“하늘은 왜 파랗게 보여요?” “그럼, 저녁노을은 왜 빨간 거예요?”
과학 선생님이라면 (어쩌면 부모님들도) 한 번쯤 아이들에게 받아봤을 질문이죠? 이럴 때, 말이나 그림으로 **’빛의 산란(散亂)’**에 대해 설명하는 것도 좋지만, 역시 직접 보여주는 것만큼 확실한 건 없죠. 무엇보다 학생들(아이들)에게는 이론보다는 “와!”하고 감동하는 체험이야말로 강한 기억으로 남을 거라고 생각합니다.
그동안 우산 비닐을 이용한 산란 실험을 과학 레시피 노트에서도 소개해왔습니다.
하지만 이 방법으로는 ‘노을의 붉은 하늘’은 잘 보이지만, ‘낮의 푸른 하늘’을 동시에 보여주기가 조금 어려웠습니다. 아무래도 ‘빨간색’에 시선이 쏠려서 ‘파란색’이 잘 구분이 안 되었거든요. ‘어떻게든 저 감동적인 파랑과 빨강의 대비를 동시에 보여줄 수 없을까…’ 하고 이리저리 궁리하며 과학실에서 다양한 실험을 하던 중,
두 가지 색을 한 번에 멋지게 보여주는 방법을 우연히 발견했습니다! 페트병과 ‘이것’만 있으면 놀라울 만큼 아름다운 ‘하늘’을 만들 수 있어요. 여러분께 소개해 드리겠습니다!
💡과학 레시피
준비물:
페트병(1.5L), 거품 핸드워시 (예: 키레이키레이), 큰 LED 손전등 (페트병 바닥이 올라갈 정도 크기)
왁스나 일반 비누 등 여러 가지를 시도해봤는데, 거품 핸드워시가 만드는 미세한 입자 크기가 빛의 산란에 가장 적합한 것 같아 개인적으로는 최고라고 생각합니다.
순서
① 페트병에 물을 채우고, 핸드워시 원액을 1~2번 정도 펌프질해서 넣고 잘 흔들어줍니다. 전체가 은은하게 하얗게 될 정도가 가장 좋습니다. 너무 많이 넣지 않도록 주의하세요!
② LED 손전등 위에 페트병을 올립니다.
③ 방을 어둡게 하고, LED를 켭니다.
④ 페트병을 눕혀서 관찰해봅니다.
결과
먼저, 페트병을 ‘세워서’ 놓아봅니다. 광원에 가까운 아래쪽은 용액이 희미하게 푸르스름하게 빛나 보입니다.
그리고 광원에서 멀리 떨어진 **’위쪽’**으로 갈수록,
노란색에서 붉은색으로 보입니다.
정면에서 보면 더 잘 알 수 있습니다. 이것이 바로 ‘저녁노을’ 색이죠.
이렇게 파란색부터 빨간색까지 보이지만, 정작 중요한 **’푸른 하늘’**이 아직 희미해서 차이가 잘 느껴지지 않죠? 그래서 페트병을 옆으로 눕혀봤습니다. 그랬더니…! 이렇게나 선명하게 보이는 거예요.
가까이서 보면…
정말 놀랍죠! 옆면에서 본 ‘파란색’이 또렷하게 하늘색처럼 보입니다! 그리고 광원 반대편은 멋지게 ‘빨간색’으로 물들어 있습니다.
🧐왜 페트병으로 ‘하늘’을 재현할 수 있을까?
이 실험은 웅장한 지구의 하늘에서 일어나는 일을 작은 페트병 안에서 재현하고 있습니다. 주역은 LED **’빛’**과 비누의 **’미세 입자’**입니다.
핸드워시의 역할 물에 녹은 비누의 미세 입자는 지구 ‘대기(공기층)’ 속의 먼지나 분자 대신 역할을 합니다.
‘푸른 하늘’의 정체 (산란광) 태양광(LED 빛)이 지구 대기에 부딪히면, 빛은 사방팔방으로 흩어집니다. 이를 **’산란’**이라고 합니다. 이때, **파장이 짧은 ‘푸른빛’은 파장이 긴 ‘붉은빛’보다 훨씬 격렬하게 산란되는 성질(레일리 산란)**이 있습니다. 페트병의 ‘옆면’이 파랗게 보인 것은 산란된 푸른빛이 우리 눈에 도달했기 때문입니다. 이것이 바로 낮 하늘이 파란 이유입니다.
‘저녁노을’의 정체 (투과광) 그렇다면 왜 저녁노을은 붉을까요? 해 질 녘, 태양은 지평선으로 기울어집니다. 그러면 태양빛은 낮보다 훨씬 **’긴 거리’**의 대기(공기층)를 통과해야 합니다. 이 긴 여정 중에 산란되기 쉬운 ‘푸른빛’은 여기저기 흩어져 버려 우리 눈에 잘 도달하기 어렵게 됩니다. 그 결과, 산란이 잘 안되고 곧장 나아가는 힘이 강한 ‘붉은빛’만 대기를 뚫고 우리 눈에 도달하는 것입니다. 실험에서 광원(LED) 바로 위나, 페트병을 눕혔을 때의 반대편이 붉게 보인 것은, 물 용액이라는 ‘대기’를 길게 통과해 온 **’붉은 투과광’**을 보고 있었던 셈이죠.
페트병을 ‘세우면’ 아래(낮)부터 위(저녁)까지의 색 변화를, ‘옆으로 눕히면’ ‘낮의 푸른 하늘(옆면)’과 ‘저녁노을의 붉은색(투과광)’의 대비를 극적으로 쉽게 이해할 수 있습니다. 설마 페트병이라는 단단한 재질로 보여준 것이 이렇게나 아름다운 대비를 만들어낼 줄이야, 기쁜 부산물이었습니다. 이 정도라면 학생들 조마다 하나씩 준비해도 LED 손전등만 있으면 되니 몇천 원 정도로 충분할 것 같습니다.
집에서도 쉽게 시도해 볼 수 있는 **’손바닥만 한 지구’**입니다. 꼭 해보세요!!
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