미 산란(Mie scattering), 구름이 하얀이유

하늘의 색에 대해서 알아보았으면 이제는 하늘에서 가장 자주 보이는 그것 바로 구름에 대해서 알아보겠습니다. 구름은 왜 그저 하얗게 보이는 것일까요? 그 이유는 바로 미 산란(Mie scattering) 때문입니다.

1. 미 산란(Mie scattering)이란?

미 산란은 레일리 산란과 함께 대비되어 설명되곤 하는 가장 잘 알려진 빛과 입자의 상호작용 중 하나입니다. 레일리 산란이 빛보다 작은 입자와의 상호작용으로 인한 현상을 설명하는 용어라면 미산란은 그와는 반대로 빛보다 입자가 큰 대기 중의 분자들과 빛이 일으키는 산란을 설명하는 용어입니다.

 

2. 미산란으로 구름이 하얗게 보인다?

구름은 우리가 익히 잘 알고 있는대로 대기 중의 수분이 뭉쳐 있는 현상입니다. 수분은 빛보다 입자의 크기가 큰 입자로 빛과 부딪혔을 때 빛의 모든 파장을 산란시키게 됩니다. 빛이 작은 입자와 부딪혔을 때 일부 빛의 파장들만 선별적으로 산란시키는 레일리 산란과 가장 큰 차이점이 바로 이 부분. 이 때문에 빛을 구성하는 모든 색이 산란된 결과 흰색으로 보이게 되는 것입니다. 

 

구름이 예가 아닌 경우라도 미산란은 우리주변에서 흔하게 볼 수 있는 현상중 하나입니다. 공기 중에 날아다니는 작은 먼지 입자들이 빛을 미추 었을 때 하얗게 보이는 현상도 미산란으로 볼 수 있습니다.  또한, 가장 대표적인 현상으로 안개나 스모그등의 현상도 미현상의 일종이며 봄이면 우리를 괴롭히는 황사현상도 미산란의 일종으로 볼 수 있습니다.

 

다만 우리가 봄이나 가을철에 경험하게 되는 황사의 경우 입자자체가 노란색을 띄기 때문에 노랗게 보이는 것입니다. 실제 황사의 경우 가장 많은 비중을 차지하는 입자의 색이 주로 노란색이었기 때문에 황사라고 이름 지어진 것일 뿐 실제 황사현상은 공기 중에 배출되는 입자의 색에 따라 색이 달라질 수 있습니다.

	레일리 산란	미산란
발생원리	빛과 빛보다 작은 입자의 상호작용	빛과 빛보다 큰 입자의 상호작용
파장의존성	파장이 짧은 빛일수록 강하게 산란	파장의존성이 낮음
자연현상	파란하늘, 붉은 일출과 일몰	하얀구름,안개, 스모그

3. 레일리 산란보다 관찰하기 쉬운 미산란

일반적으로 높은 대기에서 일어나는 레일리 산란에 비해 미산란은 훨씬 더 우리가 자주 발견할 수 있는 자연현상이기도 합니다. 빛보다 작은 크기의 입자는 무게면에서도 가볍기 때문에 상대적으로 높은 고도에 존재하는 반면, 빛보다 큰 입자들은 지표면에서 더 가까운 곳에서 존재할 가능성이 높기 때문입니다. 대기 중의 수증이나 먼지, 혹은 연기등에 의해 우리 주변에서도 쉽게 관찰되는 현상인만큼 한 번쯤은 하늘의 구름을 보며 저것이 미 산란의 결과라는 점을 떠올려본다면 더 오랫동안 미산란의 개념이 머릿속에 남아있을 수 있지 않을까 생각해 봅니다.

 

2023.05.27 - [분류 전체보기] - 레일리 산란(Rayleigh scattering) 하늘이 파란 이유, 노을이 붉은 이유

레일리 산란(Rayleigh scattering) 하늘이 파란 이유, 노을이 붉은 이유