천둥번개가 칠 때 하늘은 보라빛이 된다? /천둥은 왜 칠까 생각하다가 하늘이 보라빛인 걸 보고 이유를 찾아봤다, 하늘이 파란색인 이유

저번에는 비가 올때는 왜 무릎이 아플까, 비가 오면 왜 저기압이 될까에 대해 찾아봤었다.
궁금하신 분들은 아래 글을 클릭하시면 되겠다.

[Question/궁금한 것들] - 비가 오는 날에는 왜 무릎이 아플까?/비가 오면 온몸이 쑤신다?
[Question/궁금한 것들] - 기압은 날씨에 어떤 영향을 미칠까? 기압과 날씨의 관계(상식)

쨌든 찾다가 보니 천둥은 왜 치는지 궁금해지는 것이 아닌가?
요새 비가 자주 와서 그런 것일 수도 있지만 말이다. 그래서 이유를 찾아보니 인터넷에 설명이 굉장히 잘 되어 있었다. 그래서 평소에 궁금했지만 왜 그런지 몰랐던 하늘색에 대해 찾아봤다. 물론 천둥이 치는 이유도 알아봄.

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천둥이 칠 때 하늘이 보라색이 된다?

천둥번개가 칠 때 하늘은 보라빛이 된다? /천둥은 왜 칠까 생각하다가 하늘이 보라빛인 걸 보고 이유를 찾아봤다

보라빛 하늘은 왜 보이게 되는 걸까?

종종 태풍이 오기 전에 보라빛 하늘을 발견할 수 있다고 한다. 이는 빛이 분자나 원자, 먼지 등에 부딪혀 사방으로 불규칙하게 흩어져서 발생한다. 전문 용어로는 산란이라고 한다. 날씨가 좋을 때는 태양과 지표면 사이의 거리가 짧아서 파장이 짧은 청색광이 눈에 먼저 들어온다. 그래서 하늘이 파란색으로 보이는 것이다.
태풍이나 허리케인 등 비가 오기 전에는 공기 중에 수증기가 많아진다. 수증기가 많아진 하늘을 빛이 뚫어야 하는데 공기 입자가 많아지면서 파장이 짧은 청색광이 통과하지 못한다. 대신 파장이 긴 적색광이 공기 입자를 뚫는데 그래서 자줏빛이나 보라빛으로 하늘이 보이는 것이다.

또 태양의 위치가 낮아지는 저녁 때즘에도 보라빛 하늘을 볼 수 있다. 두꺼운 대기를 통과하게 되어 푸른빛이 도달하지 못하고 보라빛 하늘을 보게 되는 것이다. 여기서 태양의 위치가 낮아진다는 의미는 밤이 되면 햇빛이 보이지 않는 것처럼 낮보다 멀어진 상태를 의미한다. 따라서 멀어진만큼의 빛이 도달할 에너지가 필요한데 푸른빛은 파장이 짧아 도달하지 못하고 적색만 통과하는 것이다.

참고로 태양빛이 대기중의 질소나 산소분자에 의해 산란되어 색이 나타난다.

*산란: 빛이나 소리의 파동 입자선이 원자·분자 또는 물질 입자에 부딪혀서 운동 방향을 바꾸거나 흩어지는 현상(출처:기상백과)

설명 그림

산란을 나타내는 그림이다. 산소,질소, 먼지등 작은 입자에 부딪쳐 빛이 흩어지는 것을 표현했다.
원래 그림은 컴퓨터로 굉장히 정성스럽고 예쁘게 그렸는데 갑자기 캄퓨터가 꺼지는 바람에 날아갔다. 글도 30%정도 날아감..하…

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파장이 제일 긴 것과 짧은 것은?

순서

무지개를 생각하면 된다. 보라색이 제일 짧다. 보라<남색<파랑<초록<노랑<주황<빨강 순으로 보면 된다.
청색인 파랑이 440~485nm, 녹색인 초록색이 500~565nm, 적색인 빨강이 625~740nm이 되는 것이다. 대기의 두께가 있기 때문에 보라빛 빛이 대기를 통과할 수 없어 보라빛 보다는 파장이 조금 더 긴 하늘색이 우리가 아는 하늘이 된다.

그래서 천둥이 칠 때는 적색이 하늘을 통과해 보라빛 하늘이 된다. 이를 두고 하늘이 분홍빛이다, 주홍빛이다 라고 말하기도 하는데 이는 빛의 산란이 얼마나 작용하는지에 따라 항상 다를 것이다. 물론 내가 본 것은 적색 빛이 통과한 것이기 때문에 보라색이라고 할 수는 없지만 하늘색이 그렇게 보이는 걸(...)

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파장이 짧다는 건 무슨 말?

빛의 파장은 0.711μm~0.45μm이다. 파장이 짧다는 것은 1초 동안 진동하는 횟수가 많다는 뜻으로 같은 거리를 이동할 때 푸른 계열이 더 많은 운동을 필요로 한다는 말이다. 푸른 계열은 움직임이 많기 때문에 대기를 지날 때 방해받는 요소가 더 많다.

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+천둥이 치는 이유?

천둥이 치는 이유도 궁금해 찾아보게 됐다. 여기서 한 가지 알아야 될 사실이 있다.

천둥: 공중전기의 방전에 의해 생기는 소리.

번개: 매우 짧은 시간 내에 일어나는 높은 전기적 방출.

뇌우: 천둥과 번개를 동반한 비.

번개는 번개구름 속에서 음전하와 양전하 사이에서 발생하는 방전이다. 그런데 번개가 일어나는 원리에 대해서는 구체적으로 알려져 있지 않다.

사이언스 타임즈 캡처

이를 중력분리이론으로 설명하는데 전하들이 충돌하며 전류한다는 이론이다. 자세한 사항은 위를 읽어보면 된다.

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+번개는 저마다의 색이 있다?

포켓몬스터에서 피카츄가 전기 공격을 하는 장면을 많이 봤을 것이다. 이때의 전기는 다 노란색이다. 또 번개를 그리라고 하면 대부분의 사람들은 노란색 전기를 그린다. 하지만 실제 번개가 치는 장면은 어떨까? 번개를 봤던 경험이 있다면 떠올려 보길 바란다. 아마 흰색이었을 것이다. 번개는 구름과 구름 사이, 구름과 대지 사이에서 공중 전기의 방전이 일어나 번쩍이는 불꽃이다. 이 불꽃(번개)은 사실 대기의 상태에 따라 색이 다르게 나타난다.
번개가 흰색일 경우에는 대기 상태에 오염물질과 먼지가 없다는 것을 뜻한다. 즉, 대기의 영향이 거의 없는 상태다.
푸른색일 경우에는 대기 중 작은 먼지에 의해 야기된다. 위에서 배웠듯 파란색인 이유는번개의 빛을 산란시키기 때문이다. 또 가장 뜨겁다.
보라색 번개는 높은 대기 습도에 따라 발생해 비가 많이 내리거나 바다에서 볼 수 있다.
노란색 번개는 온도가 낮으며 폭풍이 오기 전에 친다. 주로 사막과 같은 곳에서 볼 수 있다.
붉은색은 온도가 제일 낮으며 땅에 부딪혀야 보인다.