하늘이 푸른 이유는?

태양광이 물체에 닿으면 산란한다

태양광에만 국한되지 않지만 빛은 물체에 해당함으로써 반사, 굴절, 회절, 투과, 산란 등의 현상을 일으킵니다.
빛을 거울에 비추면 반사되듯이 빛은 대상물이 매끄럽고 납작한 경우에는 반사가 일어납니다.

그리고 빛이 닿은 대상물이 불규칙한 형태를 하고 있는 경우에는 빛이 나아가는 방향도 불규칙하게 흩어져 갑니다.
이 ‘빛의 산란’이 하늘이 파랗게 보이는 이유 중 두 번째입니다.

하늘이 파랗게 보이는 이유

자세히 설명해 드렸는데 하늘이 파랗게 보이는 이유는 ‘태양광에 포함된 파란색 빛이 하늘에서 산란하기 때문’입니다.
지구는 대기로 덮여 있는데, 이 대기 중에는 쓰레기와 수분 등을 포함하여 다양한 작은 입자들이 떠돌고 있습니다.

태양광이 지구 대기에 도달하면 대기 중을 떠다니는 작은 입자에 태양광이 부딪혀 빛의 산란을 일으킵니다.
태양광 중에서도 파장이 짧은 파란색 빛은 특히 입자와 부딪힐 가능성이 높고 다른 색의 빛과 비교해도 강하게 산란하기 때문에 하늘이 파랗게 보이는군요.

이처럼 빛 파장 차이의 영향을 받아 산란 정도가 변하는 현상을 ‘레일리 산란’이라고 부릅니다.
레일리 산란으로 인해 하늘이 파란색으로 덮여 있기 때문에 만일 지구에 대기가 존재하지 않을 경우에는 태양이 있는 방향만 밝고 하늘 전체가 어둡게 보이게 됩니다.

참고로 파란색은 파장이 짧기 때문에 레일리 산란이 일어난다고 풀이했는데 파장의 길이에 대해서는 다음과 같습니다.
짧다 ← 보라색 남 파랑 초록 노랑 주황 빨강 → 길다

보라색, 남쪽이 파장이 짧은데 왜 파란색이야?

파장이 짧은 빛이 레일리 산란한다면 파란색보다 파장이 짧은 보라색이나 남색 쪽이 산란해서 하늘을 덮을 것 같죠?
왜 하늘이 보라색이나 남색이 아니냐면 애초에 보라색이나 남색을 인간의 눈으로 볼 수 없기 때문입니다.

아까 해설했지만, 인간의 눈으로 볼 수 있는 가시광선 파장의 길이는 380mm~780mm로 되어 있습니다.
보라색이나 남색은 이 범위 밖이기 때문에 만일 보라색이나 남색이 하늘을 뒤덮고 있다고 해도 볼 수 없습니다.

무지개가 나왔을 때 보라색에 가까워질수록 잘 보이지 않게 되는 것도 파장의 길이와 관련이 있습니다.
가시광은 동물마다 다르기 때문에 인간의 눈에는 파랗게 비치는 하늘도 동물에 따라서는 다른 색으로 보일 수도 있겠죠.

이상이 ‘하늘이 푸른 이유’였습니다.