Science

지구의 하늘은 단지 파랗기만 한 것이 아닙니다. 밤의 어둠을 면밀히 살펴보면 그 이유를 알 수 있습니다.

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맑고 화창한 날에 위를 올려다보면 파란 하늘이 보일 것입니다. 그러나 이것이 하늘의 진정한 색입니까? 아니면 하늘의 유일한 색입니까?

대답은 약간 복잡하지만 빛, 원자 및 분자의 특성과 지구 대기의 기발한 부분을 포함합니다. 그리고 대형 레이저도 있습니다 – 과학용!

푸른 하늘?

따라서 가장 먼저 해야 할 일: 화창한 날 파란 하늘을 볼 때 우리는 무엇을 보고 있습니까? 파란색 질소 또는 파란색 산소가 보입니까? 간단한 대답은 ‘아니오’입니다. 우리가 보는 푸른 빛 대신에 산란된 햇빛입니다.

태양은 우리가 흰색으로 보는 넓은 스펙트럼의 가시광선을 생성하지만 무지개의 모든 색상을 포함합니다. 햇빛이 공기를 통과할 때 대기의 원자와 분자는 적색광보다 훨씬 더 많은 청색광을 사방으로 산란시킵니다. 이를 레일리 산란이라고 하며 맑은 날에는 하얀 태양과 파란 하늘이 나타납니다.

해질녘에 우리는 햇빛이 우리에게 도달하기 위해 더 많은 공기를 통과해야 하기 때문에 이 효과가 전화를 거는 것을 볼 수 있습니다. 태양이 지평선에 가까워지면 거의 모든 청색광이 산란(또는 먼지에 흡수)되어 주변이 더 푸른색인 붉은색 태양이 됩니다.

그러나 우리가 보는 모든 것이 흩어진 햇빛이라면 하늘의 진정한 색깔은 무엇일까요? 아마도 우리는 밤에 답을 얻을 수 있습니다.

어두운 하늘의 색

밤하늘을 보면 분명히 어둡지만 완전한 검은색은 아니다. 예, 별이 있지만 밤하늘 자체가 빛납니다. 이것은 빛 공해가 아니라 대기가 자연스럽게 빛나고 있습니다.

도시의 불빛에서 떨어진 시골의 달빛 없는 어두운 밤에 하늘을 배경으로 나무와 언덕의 실루엣을 볼 수 있습니다.

대기광이라고 하는 이 빛은 대기 중의 원자와 분자에 의해 생성됩니다. 가시광선에서 산소는 녹색과 적색광을 생성하고 수산기(OH) 분자는 적색광을 생성하며 나트륨은 약한 노란색을 생성합니다. 질소는 나트륨보다 공기 중에 훨씬 더 풍부하지만 대기광에 크게 기여하지 않습니다.

대기광의 독특한 색상은 빛의 형태로 특정 양의 에너지(양자)를 방출하는 원자와 분자의 결과입니다. 예를 들어, 높은 고도에서 자외선은 산소 분자(O₂)를 산소 원자 쌍으로 분리할 수 있으며, 이 원자가 나중에 산소 분자로 재결합할 때 뚜렷한 녹색 빛을 생성합니다.

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노란 빛, 유성 및 선명한 이미지

나트륨 원자는 우리 대기의 아주 작은 부분을 구성하지만 대기광의 큰 부분을 구성하며 매우 특이한 기원인 유성을 가지고 있습니다.

기다릴 의향이 있다면 맑고 어두운 밤에 별똥별을 볼 수 있습니다. 그것들은 초당 11킬로미터(7마일) 이상의 속도로 이동할 때 상층 대기에서 가열되고 증발하는 먼지 알갱이에 의해 생성되는 아주 작은 유성입니다.

별똥별이 약 100km 고도에서 하늘을 가로질러 타오르면 원자와 분자의 흔적을 남깁니다. 때로는 포함된 원자와 분자로 인해 뚜렷한 색상을 가진 별똥별을 볼 수 있습니다. 매우 밝은 별똥별은 눈에 보이는 연기 자취를 남길 수도 있습니다. 그리고 그 원자와 분자 중에는 나트륨이 조금 있습니다.

이 높은 나트륨 원자층은 실제로 천문학자들에게 유용합니다. 우리의 대기는 끊임없이 움직이고 난류이며 행성, 별, 은하의 이미지를 흐리게 합니다. 여름날 오후에 긴 길을 따라 바라볼 때 보이는 반짝임을 생각해 보십시오.

난기류를 보상하기 위해 천문학자들은 밝은 별의 빠른 이미지를 촬영하고 별의 이미지가 어떻게 왜곡되는지 측정합니다. 변형 가능한 특수 거울을 조정하여 왜곡을 제거할 수 있으므로 우주 망원경보다 더 선명한 이미지를 생성할 수 있습니다. (비록 우주 망원경은 여전히 ​​대기광을 들여다보지 않는 이점이 있습니다.)

“적응형 광학”이라고 하는 이 기술은 강력하지만 큰 문제가 있습니다. 적응 광학이 전체 하늘에서 작동하기에는 자연적으로 밝은 별이 충분하지 않습니다. 그래서 천문학자들은 밤하늘에 “레이저 가이드 별”이라고 불리는 인공 별을 만듭니다.

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그 나트륨 원자는 난기류 대기보다 높은 곳에 있으며 우리는 나트륨의 뚜렷한 노란색에 맞춰 파워 레이저를 발사하여 밝게 빛나게 할 수 있습니다. 결과 인공 별은 적응 광학에 사용할 수 있습니다. 밤에 보는 별똥별은 우리가 더 선명한 시야로 우주를 볼 수 있도록 도와줍니다.

따라서 하늘은 파란색이 아닙니다. 적어도 항상 그런 것은 아닙니다. 역시 초록, 노랑, 빨강이 섞인 어두운 밤하늘입니다. 산란된 햇빛, 산소, 별똥별의 나트륨으로 인해 색상이 생성됩니다. 그리고 약간의 물리학과 일부 대형 레이저를 사용하여 인공 노란색 별을 만들어 우주의 선명한 이미지를 얻을 수 있습니다. 대화

Michael JI Brown, Monash University 천문학 부교수 및 Matthew Kenworthy, Leiden University 천문학 부교수

이 기사는 Creative Commons 라이선스에 따라 The Conversation에서 다시 게시되었습니다. 원본 기사를 읽으십시오.

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