무지개는 어떻게 형성되나요?

무지개는 날씨에 나타나는 광학 현상이다. 햇빛이 공중의 빗방울에 닿으면 빛이 굴절되고 반사되어 하늘에 아치형의 다채로운 스펙트럼을 형성합니다. 무지개의 일곱 색깔은 바깥쪽부터 안쪽까지 빨간색, 주황색, 노란색, 녹색, 청록색, 남색, 보라색입니다.

무지개는 햇빛이 하늘의 작고 둥근 물방울에 부딪혀 분산과 반사를 일으키면서 발생합니다. 햇빛이 물방울에 닿으면 동시에 다른 각도로 입사되고 물방울 내에서 다른 각도로 반사됩니다. 그 중 40~42도 사이의 반사가 가장 강해 우리가 보는 무지개가 생긴다. 이러한 반사가 일어나면 햇빛은 물방울 속으로 들어가서 한 번 굴절된 다음 물방울 뒷면에 반사되고, 마지막으로 물방울을 떠날 때 다시 굴절됩니다. 물은 빛에 분산 효과가 있기 때문에 다양한 파장의 빛의 굴절률은 파란색 빛의 굴절률보다 큽니다. 빛이 물방울 내에서 반사되기 때문에 관찰자가 보는 스펙트럼은 반전되어 상단에는 빨간색 빛이, 하단에는 다른 색상이 나타납니다.

실제로 공기 중에 물방울이 있고 관찰자 뒤에 햇빛이 낮은 각도로 비치는 한 관찰 가능한 무지개 현상이 발생할 수 있습니다. 무지개는 비가 내린 직후, 날씨가 맑아지는 오후에 가장 자주 나타납니다. 이때 공기는 먼지가 덜하고 작은 물방울로 가득 차 있으며, 여전히 비구름이 남아 있어 하늘 한쪽은 더 어두워집니다. 관찰자 위나 뒤에 구름이 없고 햇빛이 보이기 때문에 무지개를 더 쉽게 볼 수 있습니다. 무지개가 자주 보이는 또 다른 장소는 폭포 근처입니다. 맑은 날에는 태양을 등지고 공중에 물이나 안개를 뿌려 인공 무지개를 만들 수도 있습니다.

공기 중의 물방울 크기에 따라 무지개의 밝기와 너비가 결정됩니다. 공기 중의 물방울이 클수록 무지개는 더 밝아집니다. 또한 상대적으로 좁습니다. 반대로 물방울이 작을수록 무지개색이 더 밝고 넓어집니다. 우리는 태양을 향하고 있을 때에는 무지개를 볼 수 없지만, 태양을 등지고 있을 때만 무지개를 볼 수 있습니다. 그러므로 아침의 무지개는 항상 서쪽에 나타나고, 저녁의 무지개는 항상 동쪽에 나타납니다. 하지만 우리는 그것을 볼 수 없습니다. 비행기를 타고 높은 고도에서 내려다보아야만 볼 수 있습니다. 무지개의 출현은 당시의 날씨 변화와 관련이 있습니다. 일반적으로 우리는 하늘에 있는 무지개의 위치를 ​​통해 날씨가 맑을지, 비가 올지 예측할 수 있습니다. 무지개가 동쪽에 나타나면 국지적으로 비가 내릴 가능성이 적고, 서쪽에 무지개가 나타나면 국지적으로 비가 올 확률이 높습니다.

무지개의 가시성은 공기 중 물방울의 크기에 따라 달라집니다. 물방울이 클수록 무지개는 더 밝아지고, 물방울이 작아질수록 덜 선명해집니다. 무지개가 될 것입니다. 일반적으로 겨울에는 기온이 낮고, 공기 중에 물방울이 적고, 소나기가 내릴 확률도 적어 일반적으로 겨울에는 무지개가 나타나지 않습니다.

무지개를 일으키는 광학 원리 두 개의 무지개가 동시에 나타나는 것은 일반적인 무지개 바깥쪽에 동심원이지만 더 어두운 2차 무지개(무지개라고도 함)가 나타나는 경우가 많습니다. 2차 무지개는 물방울에 햇빛이 두 번 반사되어 형성됩니다. 두 반사 중 가장 강한 반사 각도는 50°에서 53° 사이에서 발생하므로 두 번째 무지개의 위치는 주 무지개 바깥쪽에 있습니다. 반사가 두 번 있기 때문에 2차 무지개의 색상 순서는 1차 무지개의 색상 순서와 반대입니다. 외부는 파란색이고 내부는 빨간색입니다. 보조무지개는 실제로는 주무지개를 따라가야 하지만, 빛의 세기가 약하기 때문에 육안으로는 눈에 띄지 않는 경우가 있습니다. 스코틀랜드의 쌍무지개 1307년 유럽의 일부 사람들은 햇빛이 물방울에 의해 굴절되고 반사되어 무지개가 생긴다고 제안했습니다. 데카르트는 1637년에 물방울의 크기가 빛의 굴절에 영향을 미치지 않는다는 것을 발견했습니다. 그는 유리구슬에 물을 주입하는 실험을 하여 빛에 대한 물의 굴절률을 구했습니다. 그는 주 무지개는 물점 내의 반사에 의해 발생하고 보조 무지개는 두 번의 반사에 의해 발생한다는 것을 증명했습니다. 그는 무지개의 각도를 정확하게 계산했지만 그 색깔을 설명하는 데 실패했습니다. 나중에 뉴턴이 유리 프리즘을 사용하여 햇빛이 여러 색상으로 산란된다는 것을 보여준 후 무지개 형성에 대한 모든 광학 원리가 발견되었습니다.