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X 선 무지개(X-Ray Rainbows) 목록

조회 : 1196 | 2005-12-26


무지개 : 태양과 반대쪽에 강수(降水)가 있을 경우 그 물방울에 비친 태양광선이 물방울 안에서 반사 ·굴절되어 최소편각(最小偏角) 방향으로 사출될 때 나타나는 현상이다. 인공적으로도 만들 수 있는데, 태양을 등지고 입에 물을 머금었다가 뿜으면 만들어진다. 무지개에는 다음과 같이 여러 종류가 있다.① 제1차 무지개(primary rainbow):대일점(對日點)을 중심으로 반지름 약 42°의 광륜(光輪)으로서, 바깥쪽에 파장이 긴 적색, 안쪽에 파장이 짧은 청색이 나타난다.② 제2차 무지개(secondary rainbow):흔히 쌍무지개라 하는 것으로, 빗방울 안에서 빛이 두 번 굴절 ·반사되어 만들어지며, 흔하지는 않지만 종종 볼 수 있다. 제2차 무지개는 제1차 무지개와는 달리 반지름이 약 51°로서 색의 배열순서가 반대로 나타난다.③ 과잉무지개(supernumerary rainbow):제1차 무지개의 안쪽과 제2차 무지개의 바깥쪽에 나타나는데, 이것들은 제1차 무지개 및 제2차 무지개를 만드는 물방울로부터의 사출광(射出光)의 간섭에 의해서 생긴다고 보고 있다.④ 반사무지개(reflection rainbow):태양광선이 매끄러운 수면에 반사된 다음 물방울에 입사(入射)될 때 제1차 무지개 위에 생기는 같은 크기의 엷은 무지개이다. ⑤ 안개무지개(fogbow):반지름이 30μm보다 작은 물방울의 경우 대일점으로부터 37∼40°의 거리에 나타나며, 테만 엷게 물든 폭이 넓은 무지개이다.⑥ 수평무지개(horizontal rainbow):수면 위 등에서 수평면에 줄지어 떠 있는 물방울에 의해서 생긴다. 모양은 태양고도가 42° 또는 51°보다 작은가, 큰가, 같은가에 따라 각각 쌍곡선 모양, 타원 모양, 포물선 모양으로 보인다.무지개의 색과 물방울의 크기가 밀접한 관계가 있다.





세계 최초의 기상학 저서를 쓴 아리스토텔레스는 무지개의 반지름은 시간에 따라 변한다고 생각했으나, 이것은 잘못이다. 그러나 그는 뱃머리에서 튀는 물방울 속에 무지개가 나타나는 것을 관찰하고, 태양의 반대쪽에 있는 물방울이 무지개의 발생에 중요한 구실을 한다는 것을 알아냈다. 물방울에 의한 광선의 굴절에 의해 처음으로 무지개를 설명한 것은 13세기에 활약한 폴란드의 비텔로인데, 비텔로의 이론은 실험과학의 시조로서 베이컨에 의해 계승되었다.베이컨은 무지개는 구름 속의 물방울이 구슬 모양의 거울로 작용하기 때문에 상(像)이 휘어서 색조가 생기는 것으로 생각하였다. 제1차 무지개는 물방울에 의한 2회의 굴절과 1회의 반사에 의해서, 제2차 무지개는 2회의 굴절과 2회의 반사에 의해서 나타나는 것으로 알려져 있는데, 이것을 최초로 주장한 것은 M.A.도미니스이며, 이것과 독립적으로 R.데카르트도 굴절 원리에 의해 무지개를 설명하였다(1637).





I.뉴턴은 프리즘의 실험에 기초를 두고, 서로 다른 색의 광선은 굴절률에 차이가 있고, 이 차이로 무지개가 생기는 것으로 설명했다. 또 영국의 천문학자 G.B.에어리는 물방울의 크기의 차이에 의해서 여러 종류의 무지개가 나타나는 것을 밝혔다.무지개에 얽힌 전설은 수없이 많다. 중국에서는 무지개는 연못의 물을 빨아 올려서 생기는 것으로 생각해 왔는데, 이와 같은 생각은 아메리카인디언들에게도 있었다. 그러나 이에 대한 해석에 있어서는 상당한 차이가 있다. 한국에서는 옛날에 무지개 현상을 보고 홍수를 예상했다. 한 가지 예로서 ‘서쪽에 무지개가 서면 소를 강가에 내 매지 말라’는 속담이 있다. 즉 서쪽 무지개는 동쪽에 태양이 있고 서쪽에 비가 오고 있음을 뜻하며(아침 나절에 나타나는 무지개), 한반도는 편서풍 지대에 속해 있어 모든 날씨의 변동이 서쪽에서 동쪽으로 이동하기 때문에 비오는 구역이 점차 동쪽으로 이동하여 자기가 사는 곳까지 비가 올 가능성이 크다.또 무지개는 소나기에 잘 동반되는데, 소나기는 빗방울이 굵기 때문에 짧은 시간에 많은 양의 비가 내리는 것이 보통이다. 따라서 홍수가 일어나기 쉽고, 홍수로 하천이 범람하여 귀중한 농우(農牛)를 떠내려 보내는 일이 없도록 예고한 것이라고 해석된다.





이에 반하여 아메리카인디언들은 물을 빨아 올리므로 가뭄의 원인이 된다고 생각했다. 동남아시아의 원시민족들은 아침 무지개는 신령(神靈)이 물을 마시기 위해 나타내는 것으로 여겼다. 무지개가 선 곳을 파면 금은보화가 나온다는 전설이 있는 나라도 있다.예를 들면 아일랜드에서는 금시계가, 그리스에서는 금열쇠가, 노르웨이에서는 금병과 스푼이 무지개가 선 곳에 숨겨져 있다고 하였다. 이들 전설의 기원은 아마도 무지개를 잘 동반하는 강한 소나기가 내린 뒤에 고대 유적과 같은 곳의 표토가 씻겨져 내려서 아름다운 유물들이 발견된 데서 유래된 것이 아닌가 생각된다. 성서에서는 노아의 홍수 후 신이 다시는 홍수로써 지상의 생물을 멸망시키지 않겠다는 보증의 표시로서 인간에게 보여준 것으로 보았다.그리스신화에서는 이리스(Iris)라는 여신이며 제우스의 사자(使者)로 알려져 있다. 이 밖에 여러 민족에 따라 하늘과 땅 사이의 다리(북유럽 신화), 뱀(아메리카인디언) 등으로 해석하고 있다. 아프리카의 바이라족(族)은 지상신(至上神), 말레이반도의 원주민은 하늘나라의 거대한 뱀 또는 뱀이 물을 마시러 온 것이라고 생각했다. 무지개를 타고 뱀이나 용이 물을 마시러 내려온다는 전설은 적지 않다. 동남아시아에서는 무지개를 신령이 지나다니는 다리 또는 사닥다리라고 해석했다. 한국에도 선녀(仙女)들이 깊은 산속 물 맑은 계곡에 목욕하러 무지개를 타고 지상으로 내려온다는 전설이 있다.






물방울이나 유리로 만든 프리즘은 가시광선을 분산시켜 무지개를 만들어 낸다. 무지개의 색은 가시광선의 파장이 다르기 때문에 나타나는데 빨간색은 파장이 가장 길어 에너지가 낮고 보라색으로 갈수록 파장이 짧아지고 에너지는 증가한다. X 선도 파장 즉 에너지에 따라 여러 가지 스펙트럼으로 분산된다. 그러나 X 선을 분산시키는 것은 물망울이나 유리가 아니다. 지구궤도를 돌고 있는 찬드라 관측 위성에서는 금으로 만든 정교한 회절격자를 이용하여 x 선을 분산시켜 그 스팩트럼을 디지탈신호로 저장하였다. 이렇게 우주에서 오는 x 선을 분산시켜 스펙트럼을 구해보면 이 x 선을 낸 천체의 구성성분, 온도, 운동상태 등을 알 수 있다. 이 사진은 큰곰자리에서 블랙홀 주위를 돌고 있다고 믿어지는 태양과 비슷한 별에서 오는 x 선의 스펙트럼을 보여주고 있다. 그러나 보통의 무지개와는 달리 을 보여주고 있다. 그러나 보통의 무지개와는 달리 여기에서는 가장 큰 에너지를 가진 스펙트럼은 중심 근처에 나타나고 중심에서 멀어질수록 에너지가 작아져서, 좌측 위쪽과 우측 아래쪽에 가장 작은 에너지를 가진 스펙트럼이 나타나 있다. 가운데 밝은 부분은 회절격자에 의해 분산되지 않은 x 선 때문에 생긴 것이다.





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