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[궁금한S] 자외선은 어떻게 살균을 할까?

[앵커]
과학에 대한 모든 궁금증을 풀어주는 '궁금한 S' 시간입니다. 자외선은 피부 손상이나 노화의 원인이기 때문에 일부러 피하거나 차단제 바르는 분들 많죠.

하지만 자외선은 살균 효과가 있어 세균을 없애주는 등 우리 생활에 도움을 주기도 합니다. 이처럼 두 얼굴을 가진 자외선의 정체는 무엇일지 지금 바로 화면으로 만나보시죠.

[이효종 / 과학 유튜버]
안녕하세요! 과학의 모든 궁금증을 해결하는 궁금한 S의 이효종입니다. 궁금한 S와 함께할 오늘의 이야기 만나볼게요.

아이를 키우는 엄마라면 가장 신경을 쓰는 요인 중 하나! 바로 위생입니다. 젖병이나 칫솔, 장난감 같은 것들은 아이의 입으로 바로 들어가기 때문에 꼼꼼한 살균이 필요하죠.

보통 이런 살균기들은 자외선이라는 도구를 이용해 살균 소독을 한다고 하는데, 대체 어떻게 눈에 보이지 않는 자외선이 세균 등을 파괴하는 능력을 가지고 있는 걸까요?

그래서 오늘은 바로 이 자외선에 대한 궁금증에 대해 알아보도록 하겠습니다.

영어로 Ultra VIOLET이라 불리는 이 자외선은 단어에서 유추할 수 있듯이 VIOLET을 뛰어넘는 영역의 전자기파를 의미합니다. 여기서 VIOLET은 청자색의 400nm 근방의 가시광선을 말하는데요. 이 400nm에서 대략 10nm까지인 이 영역을 우리는 자외선이라고 부릅니다.

때는 1800년. 천문학자 윌리엄 허셜은 우연히 태양의 흑점을 관찰하는 과정에서 눈에 보이지 않는 전자기파, 적외선을 발견하게 됩니다. 이러한 발견에 모티프를 얻어 1년 뒤, 독일의 물리학자 요한 빌헬름 리터가 적외선의 반대편인 청자색보다 짧은 스펙트럼을 찾기 시작했습니다. 결국, 빛에 반응하는 염화은을 바른 종이를 사용해 청자색 바깥쪽에 눈에 보이지 않는 자외선이 있다는 것을 발견하게 되죠.

자외선도 적외선과 마찬가지로 눈으로 보이지 않는 전자기파입니다.

일상 속에서 가끔 볼 수 있는 '블랙 라이트' 는 자외선 외에 다른 빛을 차단하는 물질이 램프에 발라져 있어서 가시광선은 걸러지고 자외선만 방출됩니다.

블랙 라이트가 내뿜는 자외선은 형광물질을 만났을 때 그 빛을 더 강하게 발산하는데요. 그로 인해 예술 공연이나 전시 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용되고 있습니다.

또, 자외선에만 발광하는 형광물질을 지폐에 인쇄해 위조지폐를 구별하는 데도 사용하고, 혈흔을 조사할 때 사용하는 것도 이 블랙 라이트인데요. 하지만 적외선과 마찬가지로 이것 또한 자외선 부근의 가시광선이지 자외선을 보는 것은 아니라고 합니다.

태양은 자외선을 가시광선만큼이나 많이 만들지는 않지만, 자외선은 더 많은 에너지를 가지고 있는 전자기파입니다. 자외선은 에너지에 따라 크게 3가지 종류로 나뉘게 되는데요. 가장 약한 400nm~315nm까지인 UV-A와 중간 세기인 315nm~280nm까지인 UV-B 그리고 가장 강한 자외선인 280nm~10nm까지인 UV-C가 바로 그것들이죠.

UV-A는 우리가 태양의 햇살을 통해 가장 많이 접하게 되는 생활 자외선으로 멜라닌 색소를 만들어내는 세포를 자극해 자외선에 노출된 피부를 검게 만드는 역할을 합니다. 태닝을 할 때도 이 계열의 자외선을 이용하게 되죠.

이 영역의 자외선은 몇몇 동식물들의 짝짓기 또는 먹이활동 등에 이용되곤 하는데요. 새도 자외선을 감지하는 능력이 있어서, 짝짓기 철 수컷 공작은 푸른색과 초록색이 조화롭게 섞이는 각도에 맞춰 무지갯빛 날개를 펴고 현란하게 흔들어대기도 합니다.

또, 화분을 옮기는 곤충들은 이 자외선을 감지할 수 있는데요. 화려한 꽃의 상당수는 꽃잎 위에 꿀이 들어 있는 중심부를 향해 자외선 띠를 형성함으로써 꿀벌 같은 곤충을 유혹하곤 합니다. 배추흰나비의 경우 가시광선을 통해 볼 때는 암컷과 수컷 모두 흰색인 데 반해 자외선 촬영을 하게 될 경우 수컷은 검게, 암컷은 희게 보이는 특징을 가지고 있습니다.

그런데 놀라운 것은 이 계열의 자외선은 사람이 색을 감지할 때 사용하는 원추세포에서 일부 감지해낼 수 있다는 점입니다.

다시 말해, 사람의 시각세포가 UV-A를 감지할 수 있다는 거죠!

그러나 UV-A가 눈으로 들어오는 과정 중 반드시 지나게 되는 수정체 등에서 이 계열의 자외선이 자연적으로 흡수되기 때문에 아쉽게도 우리 눈에는 보이지 않습니다. 백내장 수술 등을 통해 수정체를 걷어내거나 수정체가 없는 사람들은 UV-A를 볼 수 있다고 합니다.

UV-B는 비타민 D를 합성하는 데 필요한 자외선임과 동시에 UV-B가 피부에 과도하게 도달하게 되면 화상을 일으키는 주범이 되기도 합니다. 하지만 UV-B는 대부분의 경우 대기층에 흡수되며 흡수되지 않은 나머지마저도 유리를 투과하지 못해 걸러진다고 합니다.

마지막으로 소개해 드릴 UV-C가 자외선 살균기에 이용되는 자외선인데요. UV-C는 세균이나 바이러스의 DNA를 파괴하는 강력한 힘을 가지고 있습니다. 이런 강력함으로 사람에게는 염색체 변이를 일으키기도 하고 단세포 유기물을 죽이며 눈의 각막을 해치는 등 생명체에 해로운 영향을 미칠 수 있는 전자기파죠.

하지만 자연적으로 발생하는 대부분의 자외선은 태양을 통해 지구로 들어오게 되는데요. 이러한 자외선이 대기권을 뚫고 들어올 수 있는 양은 매우 적습니다.

지구의 대기와 오존층에서 약 97~99%의 자외선이 흡수되기 때문에 기껏해야 1~3% 정도만 침투할 수 있습니다. 그리고 뚫고 들어온 자외선 중에서도 약 98.7%는 UV-A라는 것에서 알 수 있듯이 지구의 대기와 오존층이 얼마나 중요한지 아시겠죠?

자외선을 많이 받으면 인체에 치명적인 영향을 미칠 수 있지만, 똑똑하게 활용할 수 있는 방법도 많습니다. 인공적으로 만들기가 상대적으로 쉬워서 자외선 광은 많은 응용 분야를 가지고 있는데요. 벌레를 유인하는 용도, 묵은 매트리스나 식수 등 소독이 필요한 곳에서 살균하는 장치 등 다양하게 이용되고 있습니다.

인류가 적외선과 자외선을 발견한 지 겨우 200년.

길다면 길지만 짧다면 매우 짧은 이 시간 동안, 다양한 곳에서 유용하게 활용되고 있다는 사실이, 정말로 놀랍지 않나요?

그럼 <궁금한 S>는 이만 인사드릴게요~ 과학에 대한 궁금증이 있다면 언제든 사이언스 투데이 페이스북에 댓글을 남겨주세요. 이상 <궁금한 S>였습니다!
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