비가 내린 뒤 하늘에 뜬 무지개를 본 적이 있나요? 무지개는 공기 속에 떠 있는 작은 물방울에 빛이 분산돼 나타나는 현상인데요. 4월 5일, 국제 학술지 '천문학과 천체물리학'에 태양계 밖에서 무지개색으로 빛나는 후광(後光)이 발견됐다는 연구 결과가 실렸어요. 사진 속 외계 행성에 있는 둥근 무지개 빛깔이 이번에 발견된 후광이죠. 스위스 제네바대 연구진은 "지구에서 640광년(光年) 거리에 있는 WASP-76b 행성에서 무지개와 비슷한 '글로리(Glory)' 현상을 관측했다"며 "외계 행성에서 발견된 사례는 이번이 처음"이라고 밝혔어요. 빨주노초파남보 무지개색이 보이는 원리는 무엇일까요?

파장 길이 따라 굴절 각도가 달라 나타나는 무지개

무지개는 햇빛이 공기 속에 있는 물방울에 의해 굴절·분산되면서 나타나는 현상이에요. 햇빛을 눈으로 보면 색이 없는 것 같지만, 실제로는 여러 가지 파장(波長)의 빛이 섞여 있죠. 빛은 물질을 볼 수 있게 하는 전자기파고, 파장은 길이에 따라 굴절되는 각이 달라져요. 길수록 작은 각도로 꺾이는데요. 짧은 파장의 보랏빛은 크게 꺾이고, 긴 파장의 붉은빛은 조금 꺾여요. 굴절각이 다르기 때문에 붉은빛과 보랏빛 사이에 여러 색깔이 보이는 거죠. 빛의 방향을 바꾸는 도구로 쓰이는 프리즘(Prism)을 통해 보면 여러 색깔로 나뉘는 걸 확인할 수 있어요. 프리즘이 물방울 역할을 하는 겁니다. 프리즘에 빛을 쬐면 빨간색은 조금 꺾이고 보라색은 많이 꺾여 무지개색을 관찰할 수 있죠.


관찰자가 구름 사이에 있을 때 생기는 무지개색 빛 고리 '글로리'

빛과 물방울이 만나 생기는 광학 현상은 무지개를 제외하고 다양하게 발생해요. 외계 행성에서 무지갯빛 고리가 나타난 글로리는 빛 고리(광륜·光輪)인데요. 무지개나 글로리는 모두 태양에서 온 빛이 수분이 있는 구름 입자에 부딪혀 반사되면서 생기는 현상이에요. 무지개는 보통 지평선 때문에 반원형으로 보이는 반면, 글로리는 원형으로 나타난다는 차이가 있어요. 관찰자가 햇빛이 반사되는 구름 입자 사이에 있을 때 글로리가 관측되는 겁니다. 발생하는 원리는 비슷하지만 관찰자가 구름 사이에 있냐, 멀리 떨어져 있냐에 따라 다른 현상이 나타나는 거죠. 글로리는 지구상에선 독일의 브로켄산에 자주 나타나 브로켄(Brocken) 현상으로 불리는데요. 산 정상과 같은 높은 곳에서 해가 뒤로 비칠 때 관찰자의 그림자 주변에 있는 안개나 구름에 햇빛이 굴절돼 무지개색이 나타납니다.

▲ 아이작뉴턴

무지개가 나타나는 원리

보통 무지개는 빨주노초파남보로 나뉘지만 무지개의 색깔은 약 200개까지 구분할 수 있어요. 빛이 프리즘을 통과할 때 파장 길이에 따라 굴절되는 정도가 달라요. 짧은 파장인 보랏빛은 크게 꺾이고, 긴 파장의 붉은빛은 조금 꺾인답니다. 둘 사이에 여러 색이 나뉘면서 무지개가 나타나는 거죠. 무지개가 일곱 가지 색이라고 처음 정한 사람은 영국 과학자 '아이작 뉴턴'이에요. 그는 빛의 성질을 연구하다 프리즘에 통과시킨 빛이 여러 가지 색깔로 나뉘는 것을 확인했어요. 이후 빨주노초파남보, 7가지 색으로 구분해 기록했죠. 당시 서양에선 '도레미파솔라시'의 '7음계', 행운의 숫자 '7'처럼 7이 완전한 숫자라는 인식이 있어 이에 따라 일곱 색깔로 정한 것으로 알려졌답니다.