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[궁금한 S] 일상 속 궁금한 과학상식 2탄

[앵커]
과학에 대한 모든 궁금증을 풀어주는 <궁금한 S> 시간입니다. 일상생활에서 느꼈던 과학의 궁금증과 호기심을 과학 유튜버가 쉽게 설명해주는데요.

우리의 일상을 가만히 들여다보면 숨어있는 과학이 많죠? 호기심을 자극했던 과학적 의문에 대해 지금 바로 화면으로 만나보시죠.

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

다시 돌아온 일상 속 궁금한 과학상식 두 번째 이야기입니다! 오늘도 일상에서 느꼈던 아주 사소한 궁금증을 과학적으로 짧고 쉽게 풀어보도록 할 텐데요. 시청자분들이 남겨준 첫 번째 질문입니다.

Q. 하늘 위에 떠 있는 달과 지평선 위에서 떠오르려는 달의 크기가 다른데, 이것은 무슨 이유 때문인가요?

라고 재밌는 질문을 해주셨는데요. 그 이유는 무엇인지 궁금한 S와 함께 알아보도록 하겠습니다~

저도 가끔 고민이 생기거나 답답한 일이 있으면 멍하니 지평선 너머의 하늘을 바라보곤 합니다. 그런데 어떨 때는 슈퍼문도 아닌데 달이 엄청나게 커 보일 때가 있어요.

오늘따라 유난히 달이 커 보이고, 달이 더 가깝게 느껴지는 이유는 대체 무엇일까요? 정말로, 달이 커지기라도 하는 걸까요?

정답부터 말씀드리자면 이것은 ‘달 착시 현상’ 때문입니다.

말 그대로 달이 착시현상으로 인해 크게 보이는 것인데요. 이는 다양한 착시 현상 중 하나로 하늘 높이 달이 떠 있을 때보다, 지평선과 수평선 근처에 달이 떠 있을 때 나타나게 됩니다.

그리고 이는, 실제로 달이 지구와 가까워져서 정말로 더욱 크게 관측되는 현상인 슈퍼문과는 완전히 다른 현상입니다. 실제로 달은 하늘 높이 떠 있을 때와 지평선 근처에서의 크기가 거의 차이가 없습니다.

그러면 어떤 요인이 달을 크게 보이게 하는 걸까요? 먼저 이 그림을 한번 살펴볼게요.

두 눈을 크게 뜨고 노란색 선의 길이를 비교해보세요. 어떤 선이 더 길어 보이나요? 위쪽의 노란 이 더 길어 보이죠? 과연 그럴까요? 놀랍게도 두 노란 선의 길이는 같습니다. 그림을 한 가지 더 보여드릴게요.

이번 그림에서는 어떤 아이의 키가 가장 크다고 말할 수 있을까요?

오른쪽에 있는 아이의 키가 가장 커 보이죠? 하지만 모두 같은 키의 아이들입니다.

이렇게 같은 물체라도 멀리 떨어져 있는 배경 위의 물체를 더 크게 느끼는 것을 ‘폰조 착시’라고 부른답니다.

폰조 착시는 1913년 이탈리아 심리학자 마리오 폰조가 철도 레일을 예로 들어 처음 주장한 착시현상인데요. 그림을 통해 이 착시의 원리를 함께 알아보도록 하겠습니다.

광활한 벌판 속에 철로가 앞으로 쭉 늘어져 있습니다. 철로 사이에는 철로를 지지해주는 나무, 철목이 있네요. 자연스럽게도 저 멀리 있는 철목은 가까운 철목보다 작게 보이지만, 철목의 크기는 가까운 쪽의 철로든 먼 쪽의 철로든 항상 똑같은 크기라는 걸 우리는 자연스럽게 인식하고 있습니다.
이렇게 배경으로부터 은연중 같은 크기의 대상을 인식하는 것을 심리학에서는 '거리 불변성'이라고 부릅니다. 바로 이 무의식적 감각에 의해, 먼 배경에 있는 물체가 가까운 배경에 있는 물체보다 훨씬 커 보이는 착시를 경험하게 되는 것이죠.

그렇다면 이 폰조 착시를 이용해 달의 크기가 달라 보이는 이유를 어떻게 설명할 수 있을까요?

이것을 설명하기 위해서는 먼저 우리가 하늘을 봤을 때와 지평선을 보았을 때, 배경을 어떻게 인지하고 있는지를 먼저 알아봐야 합니다.

우리는 하늘을 설명할 때, 아주 유용하게 써먹을 수 있는 가상의 공간을 둡니다. 이를 천문학에서는 천구라고 부르죠. 하지만 실제로 우리가 느끼는 하늘은 완전한 반구가 아니라 중심 부분이 평평한 밥그릇처럼 되어 있습니다. 즉, 우리는 머리 위의 하늘을 지평선의 하늘보다 훨씬 가깝게 느끼고 있는 것입니다.

사발 모양의 하늘에 붙어있는 달을 생각해보세요. 가깝게 느껴지는 하늘과 멀게 느껴지는 지평선 근처, 어느 쪽 달이 더 커 보일까요? 자연스럽게, 훨씬 멀게 느껴지는 지평선 위에 걸려 있는 달이, 폰조 착시 효과로 인해 훨씬 크게 느껴지게 되는 것입니다!

폰조 착시 현상 없이 달을 보고 싶은 분들도 있을 텐데요. 지평선에 걸려 있는 보름달을 등지고 돌아서서 허리를 굽혀 두 다리 사이로 달을 바라보세요. 주변 배경으로부터 대상을 분석하는 폰조 착시가 순간적으로 사라지게 되면서, 동시에 달이 작아 보이게 되는 마법 같은 일이 일어날 것입니다.

실제로 실험을 통해 지평선이 천정보다 4배 정도 멀게 느껴진다는 게 밝혀지면서 달 착시 원인이 폰조 착시라는 주장은 설득력을 얻게 되었다고 합니다. 정말 놀랍지 않나요? 그럼 두 번째 궁금증으로 넘어갈게요~

Q. 실눈을 뜨고 보면 더 잘 보이는 이유는 무엇인가요? 또, 감았다, 뜨면 잘 보이는 이유도 궁금합니다.

사물이 잘 안 보일 때 무의식적으로 실눈을 뜨곤 하는데요. 눈을 찡그리면 더 잘 보이기 때문이죠. 이런 현상은 왜 일어나는 걸까요?

먼저 사물이 보이는 과정을 이해해야 하는데요. 우리의 눈은 각막을 통과한 빛이 수정체를 통해 망막에 상을 맺음으로써 외부로부터의 빛의 정보를 받아들일 수 있죠. 하지만 근시나 원시가 있으면 빛이 망막에 정확하게 초점이 잡히지 않게 되어, 마치 물감이 번진 것처럼 사물이 흐릿하게 보이게 됩니다. 이때 실눈을 뜨면 눈으로 들어오는 빛의 양이 줄어들게 됩니다. 들어오는 빛의 양이 적어서 밝기는 어두워지지만, 수정체의 면을 적게 쓰게 되면서 굴절이 이루어지는 빛이 상대적으로 줄어들기 때문에 상이 번지는 현상이 거의 없어지게 되죠.

하나 재미있는 것은 카메라의 사진 속에서도 체험할 수 있어요. 카메라 렌즈의 면을 얼마나 쓰는가에 따라서 심도가 표현되는 것이 바로 이와 같은 원리입니다. 카메라의 들어오는 빛의 양을 조절하기 위해서 조리개를 꽉 조이면, 즉, 빛이 조금밖에 들어오지 않게 만들면 먼 곳이든 가까운 곳이든 또렷하게 잡히는 걸 확인할 수 있습니다. 하지만 카메라의 조리개를 확 열어서 렌즈의 면을 넓게 쓰게 되면 초점이 맞는 부분밖에 정확하게 보이지 않게 되고 나머지는 뿌옇게 보이는 아웃포커싱 현상이 일어나게 되죠.

다음은 눈을 깜빡였을 때 잘 보이는 이유를 알아볼까요? 눈을 깜빡이게 되면 눈물이 망막 표면을 타고 골고루 분포하게 되는데요, 외부의 수많은 이물질과 세균으로부터 눈을 보호하기 위해서, 눈물샘에서는 지속해서 눈을 씻어주기 위한 눈물이 계속 분비되고 있습니다. 이 눈물이 외부로부터 들어오는 먼지 등의 물질을 막아주는 일차적으로 눈을 보호하는 역할을 하게 됩니다.

이렇게 걸러진 먼지들이, 마치 비 오는 날의 자동차 와이퍼처럼 계속해서 눈의 먼지들을 눈의 위아래로 걷어내게 되고, 깨끗해진 망막을 통해 우리는 그렇지 않았을 때보다 더 잘 볼 수 있는 것이랍니다. 이렇게 쌓이고 쌓인 먼지들이 눈물과 함께 모이고 모여서 만들어진 게 바로 눈곱이죠.
이런 이유에서, 눈을 보호하기 위해서는 의식적으로 눈을 깜빡이는 것도 좋다고 합니다.

오늘 궁금한 S와 함께 일상 속 궁금했던 과학의 원리 2탄에 대해 알아봤는데요. 재밌으셨나요? 앞으로도 과학에 대한 궁금증이 있다면 언제든 사이언스 투데이 페이스북에 댓글을 남겨주세요. 이상 궁금한 S였습니다!
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