빛의 산란

요약 태양 빛이 공기 중의 질소, 산소, 먼지 등과 같은 작은 입자들과 부딪칠 때 빛이 사방으로 재방출되는 현상을 빛의 산란이라고 한다.

태양으로부터 오는 자외선의 대부분은 오존층에서 흡수되고, 대기를 통하여 들어오는 일부 자외선은 대기 입자들과 분자들에 의해 산란된다. 가시광선 중에서는 파장이 짧을수록, 즉 진동수가 클수록 산란이 잘 일어나므로 보라와 파랑이 빨강보다 산란이 잘 된다. 그러나 우리 눈은 보랏빛에 별로 민감하지 않으므로 하늘이 파랗게 보이는 것이다.

새벽녘이나 해질 무렵에는 태양빛이 낮보다 상대적으로 두꺼운 대기를 통과하므로 파란빛은 대부분이 대기 속에서 산란되어 지표면에 도달하지 못하고 붉은빛이 지표면에 도달하여 하늘이 붉게 보이는 것이다.

입자에 빛을 쪼이면 입사광과 같은 진동수를 가진 산란광이 생긴다. 빛의 파장보다 훨씬 작은 입자에 의한 산란을 레일리 산란(Rayleigh scattering)이라고 하며, 이 때 산란광의 세기는 파장의 네제곱에 반비례한다. 레일리 산란의 예로는 맑게 갠 날 하늘이 푸르게 보이고, 해뜨기 전 동쪽 하늘이나 해진 후의 서쪽 하늘이 붉게 보이는 현상 등이 있다.

반면에 빛의 파장과 비슷한 크기의 입자에 의한 산란을 미 산란(Mie scattering)이라고 하며, 이 때 산란광의 세기는 파장에 반비례한다. 즉 미 산란광의 세기는 레일리 산란에 비해 상대적으로 파장에 덜 의존적인 것이다. 미 산란의 예로는 먼지가 많은 날에는 하늘이 뿌옇게 보이고, 뭉게 구름이 하얗게 보이는 현상 등이 있다.