레일리 산란 / 미 산란 [ Rayleigh scattering / Mie scattering ]

공기의 주 성분인 질소분자, 미량의 연기입자등 파장보다 충분히 작은 물질에 의한 산란은

푸른색(파장이 짧은 빛)은 모든 방향으로 산란하기 쉽지만 빨간색(파장이 긴 빛)은 가던 방향대로 진행하기가 쉽다.

 

큰 물방울이나 수액 그리고 모래 등 파장 이상의 물질의 의한 산란에서는

파장이 길든 작든 똑같이 전 방향으로 산란한다.

 

사람은 눈에 닿는 빛이 광원이 어디에 있다고 해도

눈으로 들어올 때 그 빛의 방향에 광원이 있다고 해석한다. 

(태양빛에 의한 휘도가 높아진 건물바닥을 봐도 우리는 광원의 원천이 바닥이라고 느낀다.)

 

이런 해석을 바탕으로 인지되는 상을 허상이라고 한다.

 

 

- 레일리 산란

 

빛이 너무 작아 빛의 파장보다도 작은 입자들과 상호작용하여 방향을 바꾸는 현상을 말한다.

이 현상은 주로 대기 중의 입자들과 발생하며, 특히 공기 분자와의 상호작용에서 주로 관찰된다.

 

레일리 산란은 빛의 파장에 따라 다른 현상을 보이는데

파장이 짧은 파란색 빛은 공기 분자와의 상호작용으로 인해 더 강하게 산란되며, 따라서 하늘이 파란색으로 보인다.

반면 파장이 긴 빨간색 빛은 상대적으로 약한 산란을 보이므로 일출 또는 일몰 시간에는 붉은빛이 더 강조되어진다.

 

또한, 레일리 산란은 빛의 진행 방향이 바뀌는 현상이므로 하늘의 푸른색은 수평적인 방향으로 보다 강조되어지는데

이는 태양광이 대기를 통과할 때 더 많은 경로를 거치기 때문이다.

 

이는 맑은 날 푸른하늘 / 우주에서 볼 때 대기의 옅은 푸른 색 / 일몰과 일출의 붉은 색 의 원인이 된다.

 

하늘이 파란 이유는 빛은 원래 태양으로부터 오지만 상공의 모든 방향으로부터 레일리 산란되어 눈에 들어오는 현상에 의한 것이다.

 

파란 하늘이라는 것 자체가 허상이라는 것이다.

 

 

- 미 산란

 

빛이 대기중의 큰 입자들과 상호작용하여 방향을 바꾸는 현상을 말한다.

(빛의 파장과 크기가 비슷할 때. 파장보다는 입자의 밀도나 크기, 모양등에 반응한다.)

 

파장과는 거의 무관하며 수증기, 얼음알갱이, 매연 등이 빛과 충돌하는 것들이 해당된다.

 

미산란은 광선의 성분 전체가 함께 산란을 일으키기 때문에 파장이 나뉘어 색이 바뀌는 현상은 발생하지 않는다.

그것이 하늘과 달리 구름, 안개 등은 하얗게 보이는 이유이다.

 

단, 물방울이나 얼음같은 것이 빛을 회절하거나 굴절시키면 무지개 색으로 빛난다.