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[궁금한S] 전설의 유령선 '플라잉 더치맨 호' 실제로 존재할까?

[앵커]
과학에 대한 모든 궁금증을 풀어주는 '궁금한 S' 시간입니다. 여름철 아스팔트 도로를 보면 물웅덩이가 있는 것처럼 보일 때가 있죠. 하지만 가까이 다가가면 사라져버리는데요.

이런 현상들은 빛의 굴절 때문에 나타나는 신기루라고 합니다. 신기루 현상의 비밀에 대해 지금 바로 화면으로 만나보시죠.

[이효종 / 과학유튜버]
오늘은 여러분들을 위해 마술 하나를 준비했습니다! 물이 들어 있습니다. 뚜껑을 열지 않고 바로 500원짜리를 넣어보도록 하겠습니다. 그게 어떻게 가능하냐고요?

눈을 크게 뜨고 잘 봐주세요. 500원짜리 동전을 넣었습니다. 어떻게 이 마술이 가능한 걸까요? 항구에 정박하지 못하고 영원히 바다를 표류해야 하는 저주에 걸린 유령선, 플라잉 더치맨 호를 들어보신 적 있으신가요?

이 플라잉 더치맨 호는 1641년 네덜란드 암스테르담에 출항한 실제 존재했던 범선입니다. 이 배의 선장인 '반 데르 데켄'은 폭풍우가 칠 때 희망봉을 돌아 지구 끝까지 가서 다시 돌아올 수 있다고 말했는데요. 자신을 신이 구원해줄 증거라고 하며 반대하는 선원들의 말을 모조리 묵살하고 내기를 했다고 합니다.

동인도 무역상 선장이었던 그의 항해 솜씨는 대단했기 때문에 희망봉까지 갈 수 있을 거라고 생각했지만, 희망봉에 다다를 무렵 폭풍 속으로 빨려 들어갔고, 플라잉 더치맨 호는 그대로 실종됩니다.

그런데 1680년부터 1939년까지 이 플라잉 더치맨 호는 수백 차례 목격되었습니다. 선원들은 모두 죽었지만, 선장과 배는 죽지 못하고 유령선으로 남아 영원히 바다를 떠돌고 있다는 이야기가 전해지고 있죠. 뱃사람들은 플라잉 더치맨 호를 죽음과 파멸의 징조라고 여기며 극도로 두려워했는데요.

실제로 이 플라잉 더치맨 호는 다양한 형태로 모습을 드러냈습니다. 목격자들은 그 배가 으스스한 빛을 내거나, 하늘에 떠 있거나, 파도 속을 떠다닌다거나 혹은 뒤집어진 채로 매달려 항해했다고 진술했는데요. 이는 진짜 과학이 풀지 못한 미스테리한 현상일까요?

정~말 아쉽게도...

이 현상은 바로 빛의 굴절에 의해 나타나는 광학 현상입니다. 빛은 직진하는 성질을 갖고 있고, 진공에서 1초당 약 30만 km를 움직일 수 있는데요. 그런데 만약 빛이 어떤 물질을 통과하게 되면 속도가 느려집니다. 그 속도는 물질의 종류에 따라 달라지는데요.

그러니까 매질의 성질이 바뀔 때 빛의 진행 방향도 바뀐다는 것이죠. 굴절 현상은 일상에서 쉽게 관찰할 수 있어요. 물속에 젓가락을 집어넣고 옆에서 보면 마치 젓가락이 꺾여 있다는 느낌이 들잖아요. 빛이 물을 통과하면서 굴절되기 때문입니다.

아까 보여드렸던 500원짜리 마술을 기억하시죠? 이 마술의 비밀 역시 페트병에 500원짜리 동전을 넣은 것이 아니라 동전은 처음부터 이 페트병 안에 들어있었습니다. 물속에 동전을 넣게 되면 공기 중에 있을 때와 빛의 굴절률이 달라지기 때문에 일종의 사각지대가 발생하는데요.

그래서 특정 위치에서 보면 물속에 있는 동전이 보이지 않게 됩니다. 그러니까 이 마술의 비밀은 바로 '빛의 굴절'입니다.

그런데 물속이 아닌 대기 중에서도 이런 굴절 현상이 발생할 수 있는데요. 따뜻한 공기는 차가운 공기에 비해 밀도가 낮은데, 이는 따뜻한 공기에서 분자들의 움직임이 활발하기 때문입니다.

이렇게 밀도가 낮은 따뜻한 공기에서 빛의 속도가 밀도가 높은 차가운 공기에서 빛의 속보보다 더 빠릅니다. 따라서 온도가 다른 밀도가 다른 두 공기의 경계면에서도 빛의 굴절이 일어나게 되는 것이죠. 찬 공기에서 더운 공기 쪽으로 이동할 때 두 공기의 경계면에 가까운 쪽으로 굴절이 일어나고, 더운 공기에서 찬 공기 쪽으로 빛이 진행할 때에는 반대로 경계면에서 먼 쪽으로 굴절이 일어납니다.

이런 현상을 신기루라고 부르는데요. 사막에서 신기루를 흔히 볼 수 있는 이유는 사막 위의 공기가 강렬한 햇볕으로 뜨겁게 가열되고, 고도가 높아짐에 따라 급속히 냉각되므로 굴절률이 커지게 됩니다. 이에 따라 실제로는 멀리 있는 물이나 나무 같은 물체에서 출발한 빛이 굴절을 통해 우리 눈에 도달하게 되는 것이죠.
플라잉 더치맨 호의 목격담에서 뒤집힌 배가 항해한다는 표현은 이런 신기루를 나타낸다고 할 수 있어요.
보통 신기루는 물체의 위나 아래쪽에 하나의 도립상 (물체와 상하좌우가 반대로 되어 있는 상)이 생기는 광학 현상을 말하는데요. 그런데 여러 개의 도립상과 정립상 (물체와 상하좌우의 배치가 같은 상)이 교차하고 수직으로 늘어나 복잡한 이미지를 형성하는 신기루 현상도 있습니다.

이런 신기루를 '파타 모르가나'라고 합니다. '파타 모르가나'는 이탈리아어로 요정 모르가나라는 뜻인데요. 전설에 따르면 모르가나는 마법을 통해 공중에 떠 있는 성이나 가짜 육지를 만들어 선원들을 유혹하고 죽음으로 이끌었다고 합니다.

메시나 해협에서는 종종 탑이나 배, 궁전 심지어는 도시가 나타나기도 했는데요. 물론 거기에는 어떠한 도시나 배, 건물이 존재하지 않았습니다. 이 파타 모르가나 현상은 대기의 역전이 있을 때 주로 발생하는데요. 아래쪽의 찬 공기와 위쪽의 따뜻한 공기 사이의 관이 굴절 렌즈 역할을 하는 건데요.

파타 모르가나는 매우 불안정해서 그 이미지가 빠르게 움직이는 특징을 가지고 있습니다. 플라잉 더치맨 호가 파도 속을 떠다니거나 형체를 끊임없이 바꾸는 것은 이 파타 모르가나 현상으로 설명할 수 있죠.

오늘 궁금한 S에서는 빛이 보여주는 마술, 신기루에 대해 알아봤는데요. 흥미로우셨나요? 그럼 궁금한 S는 여기서 인사드릴게요. 과학에 대한 궁금증이 있다면 언제든 유튜브에 사이언스 투데이를 검색해주세요. 이상 궁금한 S였습니다.
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