무지개의 종류

종류별 비교

수치는 위키백과 기준이며 관측 조건에 따라 달라집니다. 무지개의 빛은 편광되어 있어 1차 무지개는 96%, 2차 무지개는 90%가 호의 접선 방향으로 편광된다고 합니다.

왜 색이 갈라지고 호 모양이 되나: 빗방울 속 빛의 경로

무지개 하나하나가 빗방울 수천 개가 보내는 빛의 합입니다. 방울 하나에서 일어나는 일을 순서대로 따라가면 호의 각도와 색 순서가 모두 설명됩니다(위키백과 기준).

1. 들어가며 굴절: 햇빛이 공기에서 물방울로 들어갈 때 꺾입니다. 물의 굴절률은 파장마다 조금씩 달라서(빨강 쪽이 파랑 쪽보다 작습니다) 색마다 꺾이는 정도가 다릅니다. 이것이 분산입니다.
2. 뒤쪽 면에서 반사: 방울 안쪽 뒷면에서 빛이 반사됩니다. 1차 무지개는 이 반사가 한 번, 2차 무지개는 두 번입니다.
3. 나오며 다시 굴절: 물방울에서 나올 때 한 번 더 꺾이면서 색 간격이 벌어집니다. 파랑이 더 크게 꺾여 태양 반대 방향에서 잰 각도가 작아지므로(약 40.6도), 1차 무지개에서는 파랑이 안쪽, 빨강이 바깥쪽(약 42.5도)에 놓입니다.
4. 호 모양: 이 각도 조건을 만족하는 방울은 태양 반대 방향(대일점)을 중심으로 한 원 위에 놓입니다. 내 눈에 그 각도로 빛을 보내는 방울들이 모여 원호를 이루고, 땅이 아래를 가려 보통 반원 이하로 보입니다.
5. 사람마다 다른 무지개: 호는 내 눈과 대일점을 기준으로 정해지므로, 두 사람이 나란히 서 있어도 서로 다른 방울의 빛을 보고 있습니다. 같은 무지개를 함께 보는 것처럼 느껴질 뿐입니다.

이론이 쌓여 온 과정: 연표

기록의 연도는 위키백과 기준입니다. 같은 현상을 광선 계산(데카르트), 파동 간섭(영), 산란 이론(에어리, 미)이 차례로 정교하게 다듬은 과정이라, 빛을 광선으로만 보면 설명되지 않는 초과 무지개 같은 현상이 파동 이론의 근거가 되었다는 점이 흥미롭습니다.

카드에 없는 드문 변형들

초과 무지개

1차 무지개 안쪽에 분홍·보라·초록 계열의 옅은 띠가 반복해 보이는 현상입니다. 물방울 속에서 조금씩 다른 경로를 지난 빛이 간섭해 생기며, 물방울이 작을수록(대략 1mm 이하) 뚜렷합니다.

반사 무지개와 반사된 무지개

물에 비치는 두 가지가 있습니다. 반사된 무지개는 빗방울에서 꺾인 햇빛이 다시 수면에 반사되어 눈에 들어오는 것으로 지평선 아래에 나타납니다. 반사 무지개는 큰 잔잔한 수면에 먼저 반사된 햇빛이 빗방울에 닿아 생기는 것으로 지평선 위에 보이며, 드물게만 관측됩니다.

쌍둥이 무지개

한 뿌리에서 두 갈래로 갈라진 호이며, 두 번째 호의 색 순서가 첫 번째와 같다는 점에서 쌍무지개와 구분됩니다. 크기가 다른 빗방울이 섞이는 소나기에서 생긴다고 추정되며, 매우 드뭅니다.

붉은 무지개

해돋이·해넘이 무렵에는 햇빛이 대기를 길게 통과하며 짧은 파장이 산란되어 빠지고 붉은 빛이 주로 남습니다. 이때 소나기가 오면 거의 붉은 한 색뿐인 무지개가 나타날 수 있으나 드뭅니다.

실제 사례 세 가지

사례 1. 세 번째 무지개와 그 너머 (현대 관측)

2차 무지개보다 더 높은 차수의 무지개는 태양 쪽 하늘에 생겨 밝은 하늘빛에 묻히기 때문에 보기 매우 어렵습니다. 위키백과 기준으로 3차 무지개는 2011년에 확실한 사진이 처음 찍혔고, 4차는 그 직후, 5차 사진은 2014년에 발표되었습니다. 눈으로 보기 힘든 현상이 카메라와 영상 처리로 확인된 셈입니다. 배울 점은 같은 원리(물방울 속 반사 횟수)가 차수를 늘려도 이어진다는 것과, 이론이 먼저 있고 관측이 뒤따를 수 있다는 점입니다.

사례 2. 폭포에서 보는 달무지개 (자연 관측지)

달무지개는 보름달에 가깝고 달이 지평선 근처(고도 약 42도 이하)로 낮으며 하늘이 어둡고 맑을 때, 달 반대편에 물방울이 있어야 생깁니다. 그래서 물보라가 일정하게 생기는 폭포가 관측지로 자주 꼽힙니다. 미국 켄터키의 컴벌랜드 폭포, 요세미티, 나이아가라, 잠비아·짐바브웨의 빅토리아 폭포 등이 소개됩니다. 기록은 오래되어, 아리스토텔레스의 『기상학』(기원전 350년경)에도 달무지개가 언급됩니다. 달무지개는 햇빛 무지개보다 훨씬 희미해 눈에는 흰색에 가깝게 보이고, 긴 노출 사진에는 색이 나타납니다.

사례 3. 정오 무렵 하늘의 불꽃 띠: 환수평호 (오해의 사례)

납작한 육각 판 모양 얼음 결정이 수평으로 떠 있는 권운에 햇빛이 옆면으로 들어가 아랫면으로 나오면 색이 분리됩니다. 태양 고도가 58도 이상이어야 하므로 북위·남위 55도를 넘는 곳에서는 볼 수 없습니다. 위키백과에 따르면 런던은 해가 그 높이에 오르는 시간이 한 해에 약 140시간인 반면 로스앤젤레스는 약 670시간이어서, 미국에서는 비교적 흔하고 북유럽에서는 드뭅니다. '불무지개'란 이름은 2006년경부터 쓰인 것으로 보이며 위키백과는 오해를 부르는 이름이라고 서술합니다. 불과도 무지개와도 관련이 없다는 점이 이 사례의 배울 점입니다.

직접 찾아보고 만들어 보기

• 방향 잡기: 해를 등지고 서면 그림자의 머리 쪽 반대 방향 약 42도에 호가 생깁니다. 비가 오는 쪽을 바라봅니다.
• 정원용 호스 실험: 해를 등지고 호스로 가는 물안개를 뿌리면 땅 위에서도 작은 무지개를 만들 수 있습니다(위키백과는 이 방식으로 원형 무지개를 만들 수 있다고 소개). 물을 뿌릴 때는 주변 안전을 확인하세요.
• 달무지개는 장비 준비: 삼각대와 긴 노출을 쓰면 눈으로 안 보이는 색이 잡힐 수 있습니다. 어두운 폭포 근처는 미끄러우니 안전에 유의합니다.

흔한 오해와 정정

• 오해: 무지개는 항상 일곱 색이다. 실제: 빛은 연속된 색이며 일곱 색은 뉴턴이 나눈 관습입니다.
• 오해: 불무지개는 무지개의 한 종류다. 실제: 얼음 결정에 의한 할로 현상입니다.
• 오해: 무지개 끝에 가면 닿을 수 있다. 실제: 보는 사람의 위치에 따라 생기는 각도 현상이라 다가가면 호도 함께 이동합니다.
• 오해: 달무지개는 흰색이다. 실제: 눈에 희게 보일 뿐이고 사진에는 색이 있습니다.
• 오해: 쌍무지개의 바깥 호는 안쪽 호가 거울에 비친 모습이다. 실제: 물방울 속에서 빛이 한 번 더 반사되어 생기는 별개의 호이며, 그래서 색 순서가 뒤집혀 있습니다.
• 오해: 옆 사람과 같은 무지개를 보고 있다. 실제: 관측자 위치마다, 두 눈마다 다른 물방울의 빛을 보므로 정확히 같은 무지개는 없다고 설명됩니다(위키백과 기준).

한계와 더 알아볼 점

이 글의 각도·고도·횟수 수치는 위키백과를 바탕으로 한 대략값이며 기상 조건에 따라 달라집니다. 연표는 요약이어서 중세 학자들 사이의 영향 관계처럼 세부 귀속이 논의되는 부분은 단정하지 않았습니다. 쌍둥이 무지개 같은 드문 현상은 원인이 아직 추정 단계여서 단정하지 않고 소개만 했습니다.

이어서 읽어 보세요

• 무지개가 생기는 과정: 굴절과 반사의 원리를 단계별로
• 착시 갤러리: 눈을 속이는 다른 현상
• 대기압대: 날씨와 하늘의 배경
• 오로라: 하늘에서 일어나는 또 다른 빛 현상
• 색각 이상의 원리: 색을 구분하는 눈의 구조

자주 묻는 질문