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학습자료/과학

지구 주위를 둘러싼 공기

대한민국 교육부 2015. 10. 30. 10:13

지구 주위를

둘러싼 공기



■ 달과 지구

옛날부터 우리 조상들은 달의 무늬를 바라보며 계수나무 밑에서 토끼가 방아를 찧고 있다고 이야기하곤 했습니다. 자 달의 모습을 한번 바라볼까요?


▲ 우주에서 본 달(출처: 에듀넷)


계수나무 밑의 토끼를 찾을 수 있나요? 보는 사람에 따라 차이가 있겠지만 지구에서 보는 달의 모습에 달 표면에 생성된 크레이터의 모양과 깊이가 만든 특징적인 모양과 표면의 색이 그대로 드러나 있는 것은 사실입니다. 그렇다면 우주에서 보는 지구의 모습은 어떨까요?


지구는 태양계의 행성 중 ‘물’이 있는 유일한 행성이며, 이러한 지구는 약 70%가 물로 이루어져 있습니다. 아래 사진에서 보이는 푸른색 부분이 물입니다.


▲ 우주에서 본 지구(출처: 에듀넷)


이번에는 지구에서 달과 우주를 바라볼까요? 우주에서 행성을 찍은 위성사진을 보면 지구에서 보는 우주는 분명 검은색이어야 할 텐데 우리 눈에 보이는 하늘은 푸른색입니다. 너무 멀어서 그렇다고요? 그럼 비행기를 타고 우주 가까이 하늘로 올라가 더 높은 곳을 한번 바라볼게요. 비행기를 타고 8,000m 상공까지 올라왔습니다. 검은색의 우주를 볼 수 있을까 아무리 위를 올려다보지만 지구의 낮은 푸르기만 합니다.


▲ 비행기에서 본 푸른색을 띄고 있는 하늘(출처: 에듀넷)



■ 하늘은 왜 파랄까?

지구에서 보는 하늘은 왜 파란색일까요? 하늘의 색은 160km의 대기에서 발생합니다. 지구의 대기에는 산소와 질소 같은 아주 많은 기체 분자가 있습니다. 태양으로부터의 빛은 대기층에서 작은 공기 분자들과 부딪치는데 이때 빛의 산란이 일어납니다. 산란이란 빛이 작은 입자에 부딪쳐서 흩어져 나가는 것을 말합니다. 빛은 아무 색이 없는 것 같아 보이지만 프리즘에 통과시켜 보면 빨강, 주황, 노랑, 파랑 등 여러 색을 가지고 있음을 알 수 있습니다. 이것을 빛의 분산이라고 합니다. 그런데 이 빛의 색깔에 따라 그 성질이 다릅니다.


▲ 프리즘에 의한 빛의 분산(출처: 에듀넷)


빨간색의 바깥쪽에 있는 적외선과 보라색의 안쪽에 위치한 자외선을 포함한 여러 가지 색은 각각 고유의 파장을 가지고 있습니다. 예를 들면, 가시광선에서 빨간색의 파장은 약 0.71μm이고 파란색은 약 0.45μm입니다. 이때의 파장은 빛의 산란과 밀접한 관계가 있는데 파장이 짧은 광선일수록 공기 분자에 의해 더욱 강하게 산란됩니다. 따라서 파란색의 광선은 빨간색의 광선보다 약 6배 정도 더 많이 산란되며, 자외선일 경우는 파란색보다 파장이 더 짧아서 빨간색의 약 10배 정도 더 많은 산란을 일으키게 됩니다.


자외선 : 가장 잘 산란됨

가시광선 중에는 보라색, 파란색, 녹색, 노란색, 주황색, 빨간색의 순서로 산란됨


태양에서 지구로 도달하는 빛 중 파장이 짧은 푸른색 계열은 대기로 인해 산란되어 우리 눈에는 하늘이 파랗게 보이는 것이랍니다. 다시 말하면 푸른 하늘은 푸른색 파장의 빛과 지구를 둘러싸고 있는 공기로 이루어진 얇고 가늘지만 수없이 많은 광선들의 집합인 것입니다.


▲ 고도에 따라 푸른색의 진하기가 다른 하늘(출처: 에듀넷)



■ 노을 진 붉은색의 하늘

해가 뜨거나 질 무렵에, 하늘이 햇빛에 물들어 붉게 보이는 현상을 노을이라고 합니다. 노을이 붉은 이유는 무엇 때문일까요?


▲ 노을에 의한 붉은색의 하늘(출처: 에듀넷)


태양빛은 지구 대기권을 통과하면서 대기권의 분자들과 부딪쳐서 산란되고 여과되는데 이 과정에서 지구에 도달하지 못하고 여과되는 빛이 있습니다. 태양과의 거리가 가까운 낮에는 주로 파란색 빛이 대기권을 통과해서 지구에 도달하게 되고 태양과의 거리가 먼 저녁 때는 파장이 긴 빨간색의 빛이 대기권을 통과해서 지구에 도달하게 됩니다. 저녁때 노을 진 붉은 하늘이 나타나는 것은 이렇게 빨간색의 빛이 지구 대기권을 통과해서 우리 눈까지 들어오게 되기 때문입니다.


파란색 

빨간색 

빛은 파동이 짧음 

파동이 긺 

에너지가 큼 

에너지가 작 

투과되는 거리가 짧음 

먼 거리까지 투과함 


지구의 대기는 질소와 산소를 비롯하여 네온과 헬륨 같은 극소량의 기체, 먼지와 꽃가루 같은 여러 작은 물질들로 이루어져 있습니다. 그리고 입자의 크기에 따라서 산란을 일으키는 빛이 다릅니다. 산소나 질소처럼 비교적 작은 입자는 파란색을 많이 산란시키는 반면 그보다 큰 입자들은 빨간색에 가까운 빛을 더 많이 산란시킵니다. 그래서 여러 색의 빛이 산란되며 서로 만나 파란 하늘보다는 하얀색에 가까운 하늘을 만들어 냅니다. 공기 오염이 심한 도시, 특히 자동차가 많은 도시에서는 푸른색보다 하얀색을 가진 하늘을 더 많이 보게 됩니다. 이것은 자동차나 공장의 굴뚝에서 나오는 매연 때문입니다. 태풍이나 폭우가 지나가고 나면 하늘이 유독 푸른빛을 띠게 되는데 이것은 태풍이나 폭우가 큰 입자들을 싹 청소해 버렸기 때문입니다.


작은입자 

큰입자 

파란색을 많이 산란시킴 

빨간색을 많이 산란시킴 



▲ 하얀 하늘과 푸른 하늘(출처: 에듀넷)


지구의 대기권은 지구의 온도를 일정하게 유지시키며 지구에 생명체가 생존할 수 있게 해 주는 중요한 역할을 합니다. 또한 태양으로부터 유해한 자외선을 걸러 주며, 우주에서 날아오는 유성을 막아 주기도 하는 방패 역할도 합니다. 지구가 대기로 둘러싸여 있음으로해서 또 어떤 이로운 점이 있을까요? 우리에게 ‘다양한 색의 하늘의 아름다움을 느끼게 해 주는 것’ 이것 역시 지구의 대기가 우리에게 주는 선물입니다.



[자료출처: 에듀넷]



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