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따뜻한 공기가 빛을 반사해 만든 신기루, 땅거울 현상 목록

조회 : 15850 | 2009-09-09





오토바이가 물 위를 달리는 것처럼 보인다. 실제로는 물이 없는 아스팔트를 달리는 것인데, 땅거울 현상으로 인해 물웅덩이가 있는 것처럼 보인다.. / 사진 : (cc) by haglundc





저 멀리 앞서가는 오토바이가 물웅덩이 속으로 들어가고 있네요. 뜨거운 여름, 자동차를 타고 아스팔트가 깔린 길 위를 한참 달리다보니 저 멀리 물웅덩이가 보입니다. 며칠 전 내린 소나기 때문에 물이 고여 있는 것 같다고 생각했는데, 자동차로 달려가 보니 그 물웅덩이는 오간데 없고 저 멀리 물웅덩이가 또 하나 보입니다. 비행기 활주로에서도 이런 현상을 자주 볼 수 있어요. 멀리 이륙하는 비행기가 물 위를 달려가는 것 같지요? 그러나 이것 역시 땅거울 현상입니다. 실제로 물은 없어요. 잘 못 본 것이나, 마술이 아니라 바로 신기루의 일종인 ‘땅거울 현상’입니다. 물이 만들어 낸 것이라고 ‘수막현상’이라고도 불립니다. * 공항 활주로에 나타난 땅거울 현상. / 사진 : (cc) by Storm Crypt

 

 

 





신기루라고? 아니, 빛의 굴절 때문이야.





* 이집트 사막에서 촬영된 신기루. 지평선 가까이에 물이 있는 것처럼 보인다. 실제로 이곳에는 물이 없다. / 사진출처 : (cc) by Matthieu :: giik.net/blog 신기루는 특별한 상태의 대기가 인간의 눈에 작용해서 허상을 나타내 보이는 마술 같은 현상입니다. 착시현상이라고도 할 수 있지요. 우리가 물체를 볼 수 있는 것은 물체에 반사된 빛이 우리 눈에 머물기 때문인데, 보통은 물체에 반사된 빛이 직선으로 들어오게 됩니다. 그런데 공기 속을 통과하면서 빛의 속도는 떨어지게 돼요. 같은 공기 속에서도 밀도가 클수록 속도가 떨어집니다. 빛은 밀도가 큰 쪽으로 굴절하는데, 공기가 따뜻하면 밀도는 작아지고 차가우면 커지므로 공기의 밀도와 온도에 따라 빛의 굴절 정도는 달라지는 거예요. 보통 빛의 굴절이란 공기에서 물로, 또는 공기에서 유리로 이렇게 다른 물질을 통과할 때 그 경계면에서 빛이 휘어지는 것으로 알고 있어요. 그런데 같은 물질이라도 이렇게 뜨거운 공기와 차가운 공기처럼 밀도가 달라지면 빛의 굴절이 생길 수도 있는 거랍니다.




빛의 굴절이란?
빛이 공기 중에서 물이나 유리를 통과할 때 빛은 꺾여서 나아갑니다. 이렇게 빛이 성질이 다른 경계면을 통과할 때 꺾여 지는 현상을 ‘빛의 굴절’이라고 해요. 빛이 굴절하는 이유는 빛이 나아가는 곳이 공기에서 물이나 유리처럼 다른 종류로 들어갈 때 빛의 진행속도가 달라지기 때문이지요. 속도가 빨라지거나 느려지기 때문에 다른 매질(빛이 통과하는 물질을 매질이라고 해요)로 들어갈 때 굴절이 되는 거예요. 우리가 쉽게 보는 빛의 굴절로 인한 현상을 몇 가지 살펴볼까요? 수영장에 갔을 때 물 속에 들어간 친구의 다리가 유난히 짧아 보인 적 없나요? 유리컵에 빨대나 젓가락을 넣었더니 휘어 보인 적은요? 물속에 동전을 던져 보거나 욕조의 배수구 마개가 바닥에서 떠있는 것처럼 보인 적은 없나요? 이 모두가 빛의 굴절로 인한 현상이랍니다.




땅거울 현상을 만든 범인은?
신기루 현상은 사막에서 흔히 볼 수 있는데 사막 위에 뜨겁고 두꺼운 공기층이 있기 때문에 지평선 너머에 있는 물체로부터 나오는 빛이 이 두꺼운 공기층에 부딪쳐서 반사되어 사람들의 눈에 들어오게 되는 거예요. 보이지 않아야 할 물체가 마치 지평선 위에 있는 것처럼 보이게 되는 거지요. 가까운 곳에 꼭 물이 있는 것처럼 보여요. 바다에서 항해하는 배가 마치 공중에 있는 것처럼 보이는 것도 같은 현상이고요. 이 경우에는 해면 가까이에 차가운 공기층이 있고 그 위에 따뜻한 공기층이 있어서 생기는 것으로 수평선 너머에 멀리 있는 배에서 나오는 빛이 따뜻한 공기층에 반사되어 사람들의 눈에는 배가 공기 중에 떠서 달리고 있는 것처럼 보이는 거지요. 이런 신기루 현상은 사막이나 바다에만 있는 것이 아니에요. 우리 주변에서도 쉽게 볼 수 있어요.





특히 따뜻한 봄날이나 여름처럼 날씨가 따뜻할 때 고속도로 같은 아스팔트 위를 달릴 때 잘 볼 수 있어요. 자동차가 달릴 때 멀리 그 길의 끝을 바라보세요. 마치 물웅덩이가 있는 것 같은 땅거울 현상을 볼 수 있을 테니까요. 땅거울 현상은 강한 햇빛이 땅 윗부분의 온도가 높아졌을 때 위쪽에서 아래쪽으로 비스듬히 들어오는 빛이 점차 구부러지고, 다시 밀도가 높은 윗층의 차가운 공기에 반사되면서 마치 거울이 있어 빛을 반사하는 것처럼 되는 거예요. 바로 그 반사되는 부분이 물이 고여 있는 물웅덩이와 같이 보이는 거지요. 우리나라에서는 ‘땅거울’, 미국에선 ‘고속도로 신기루’그리고 일본에서는 ‘도망가는 물’이라는 재미있는 이름으로 부른답니다.




따뜻한 공기와 차가운 공기 그리고 빛이 만든 마술!
언덕 뒤의 꽃이 보이기도 하고, 땅을 거울로 만들기도 하고. 언덕 뒤에 숨은 꽃이 위층의 따뜻한 공기에 반사 돼 보인다. ‘신기루 현상’이 일어난다. 어떤 사물의 뒤에 숨은 물체를 우리 눈으로 볼 수 없지요. 보통은 그렇게 언덕 뒤에 숨은 꽃은 볼 수가 없어요. 그런데 공기 중에 어떤 힘이 조금 가해지면 언덕 뒤에 숨은 꽃이 보이게 된답니다. 위에서 본 사막 신기루 같은 경우 이렇게 보이는 거예요. 지평선 아래쪽에 있는 물이 공기에 반사 되어 마치 가까운 곳에 물이 있는 것처럼 보인 거예요. *언덕 뒤에 숨은 꽃이 위층의 따뜻한 공기에 반사 돼 보인다. ‘신기루 현상’이 일어난다.




우리가 궁금한 땅거울 현상도 신기루의 일종인데요, 뜨거운 열을 받은 아스팔트 위쪽은 상층보다 공기가 따뜻할 거예요. 이 때 내리쬐는 햇빛을 따뜻한 공기가 반사해서 거울처럼 반사되는 거예요. 우리 눈에는 마치 아스팔트에 거울이 있는 것처럼 보이는 거고요. 이글거리는 태양빛이 아스팔트 위에 생긴 따뜻한 공기층을 거울로 만들어 우리 눈에는 물웅덩이가 있는 것처럼 보이는 거랍니다. * 아스팔트 위에 달궈진 공기가 거울 역할을 해서 빛을 반사해 ‘땅거울 현상’이 나타난다. / 이미지 : 둠벙



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