'빨주노초파남보'. 여러분이 잘 알고 있는 무지개 색입니다. 처음에 무지개의 색은 '빨노초파보' 5가지로 알려져 있었습니다. 위대한 과학자이자 수학자인 뉴턴이 무지개의 색을 7가지로 정하기 전까지는 말이죠. 왜 뉴턴은 7가지로 무지개의 색을 정의한 것일까요? 서양에서는 '럭키 7(seven)'이라는 말이 있습니다. 7이라는 숫자를 행운의 숫자에 비유한 것인데요. 아마도 무지개가 주는 행복과 미래, 그리고 무지개 뿌리에 묻혀 있다는 보물의 전설을 행운의 숫자 7로 표현한 것은 아닐까요.

■무지개는 빛의 한 종류이다?

하늘에 떠 있는 예쁜 무지개는 태양빛이 대기 중의 물방울에 굴절되면서 만들어지는 자연현상입니다. 태양빛은 한 가지의 색을 가진 것이 아니라 매우 넓은 파장(빛의 길이)대역을 가진 혼합된 빛입니다. 

빛은 고유의 파장에 따라 굴절되는 각도가 조금씩 차이가 나는데요. 이 차이에 의해 굴절된 빛은 퍼지게 되고, 우리의 눈에 무지개로 보여집니다. 일반적으로 비가 온 뒤에 무지개가 만들어지는데, 비가 온 뒤 해를 등지고 하늘을 바라보면 무지개가 만날 수 있습니다. 대형 분수에서도 무지개를 볼 수 있습니다. 

■하늘에서만 볼 수 있나요?

무지개라고 하는 것은 하늘에 떠 있는 7가지 빛의 띠입니다. 영어로는 레인보우(rainbow)라고 합니다. 비가 온 뒤 활모양으로 생긴다는 의미에서 그렇게 부르게 되었습니다. 

비가 온 뒤 무지개를 볼 수 있지만 빛의 성질을 이용하면 꼭 비가 오지 않더라도 무지개를 관찰할 수 있습니다. 태양빛을 회절 굴절 반사시켜 관찰할 수 있다는 것이죠. 자 그럼 지금부터 색을 분리해 보도록 하죠.

(1) 프리즘과 무지개

프리즘은 두 번의 굴절을 이용하여 백색의 빛을 분산시킵니다. 두 번 굴절되어 나온 빛은 무지개 빛을 만들게 됩니다. 

(2) 회절격자와 무지개

회절격자는 평면의 유리판 위에 매우 좁은 간격으로 평행선을 새겨놓은 것입니다. 이 격자를 통과하는 백색광은 회절하면서 서로 간섭을 하게 됩니다. 이때 무지개 빛이 만들어집니다. 

(3) 얇은 막에 의한 간섭과 무지개

매우 얇은 막은 공기와 막의 두 층으로 이루어져 있습니다. 이때 막의 표면에서 반사된 빛과 막에서 굴절되어 들어갔다가 다시 나오는 빛 사이에 간섭이 일어나면서 무지개 빛이 만들어집니다. 비오는 날 주유소 주위에 고인 물에서 관찰되는 무지개 빛과 비누방울의 표면에서 나타나는 무지개 빛이 바로 얇은 막에 의한 간섭으로 만들어지는 무지개입니다. 

일반적으로 간섭은 편광된 빛에서 주로 일어납니다. 편광판과 편광된 빛이 있으면 재미있는 현상을 관찰할 수 있는데요. 편광된 빛이 얇은 막을 통과하도록 만들고, 이때 통과된 빛을 편광판을 돌리면서 관찰하면 환상적인 알록달록 간섭무늬를 볼 수 있습니다. 한번 만나 볼까요?

부산과학기술협의회 전시연구팀 김병인 박사