[궁금한 이야기] 왜 낮에 뜬 달은 파란색으로 보일까?

[앵커]
'푸른 하늘'이라는 말, 수없이 들어온 얘기이고 하늘을 직접 봐도 진짜 푸른 빛깔이 맞죠.

그러면 하늘에 실제로 푸른색 물질이 있을까요?

또 똑같은 달인데, 밤에 보는 달과 낮에 보는 달의 색깔이 완전 다르게 보이는 이유는 뭘까요?

오늘 '궁금한이야기'에서 그 답을 한번 들어보겠습니다. 함께 가보실까요?

[이효종 / 과학 유튜버]
안녕하세요 궁금한 이야기의 이효종입니다. 여러분 하늘은 무슨 색인가요? 대부분의 사람들은 파란색이라고 이야기할 것 같습니다. 하늘이 파란색으로 보이는 이유는 하늘을 구성하는 공기분자들과 입자들이 파란색의 빛을 다른 색의 빛보다 더 많이 주변으로 흩뿌리기 때문입니다. 그런데 조금만 더 생각해보면 사실 하늘의 색은 매우 다양하다는 걸 알 수 있습니다. 일반적으로 사람이 활동하는 낮 시간 동안에는 파란색의 하늘을 볼 수 있지만, 노을진 하늘은 붉게 타는 색을 보여주기도 합니다. 요즘같은 봄철에는 중국으로부터 유입되는 황사나 미세먼지 등에 의해, 뿌옇고 누런 하늘을 종종 보기도 하죠. 비가 오는 하늘에는 비구름이 하늘 전체를 메워, 잿빛을 띄기도 합니다. 이처럼 하늘은 참 다양한 색을 가지고 있습니다. 태양이나 불, 전등 등의 다양한 빛이 어느 대상이나 공간에 부딪쳐, 특정 색의 빛이 얼만큼 우리의 눈으로 더 많이 들어오는가에 따라 이와 같은 다양한 색을 볼 수 있는 것입니다. 그러나 사실 이처럼 다채로운 하늘의 색을 만끽하기 위해서는 반드시 필요한 조건이 하나 있는데요, 그 조건은 바로 충분하게 밝은 빛이 우리 눈으로 들어와야 한다는 것입니다.

우리의 눈은 다양한 빛의 세기와 종류를 구별하는, 우리 몸의 가장 기본적인 감지 장치들 중 하나입니다. 영화, ‘눈먼 자들의 도시’를 통해서도 알 수 있듯, 우리의 신체가 주변의 환경을 적절히 활용해 생존에 유리한 선택과 판단을 매 순간 하고 있는 것이라면, 시각이 그러한 정보들 중 단연 주요한 위치를 담당하고 있다는 것은 직감적으로나 경험적으로도 쉽게 알 수 있을 것입니다. 당장 눈을 감으면 평소에 아무렇지도 않게 움직일 수 있는 이동도 쉽지 않죠. 그런데 인간은 어떻게 ‘빛’을 볼 수 있을까요? 우리가 빛을 통해 시각정보를 뇌에 전달할 수 있는 이유는 눈 스스로가 외부로부터의 빛을 잘 모을 수 있도록 하는 기능적인 측면도 있겠지만, 그보다 더 근본적인 이유는 ‘시세포’라는 존재가 빛 신호를 읽을 수 있기 때문입니다. 시세포는 안구 안쪽에 배치되어, 빛의 정보를 뇌가 받아들일 수 있도록 변화시키는 일을 합니다. 시세포은 크게 2가지로 분류할 수 있는데, 하나는 빛이 풍부한 환경에서 서로 다른 3가지 종류의 시세포를 활용해 다양한 빛을 구분해내는 기능을 원뿔 세포, 다른 하나는 빛이 희박한 상황, 즉 어두운 환경의 작은 빛을 예민하게 감지해, 밝기를 구분해내는 기능을 하는 막대 세포로 구분하고 있습니다. 두 세포들은 서로 다른 상황에서 필요한 정보를 뇌로 전달하면서, 외부로부터 들어오는 정보에 대응하기 위한 센서의 기능을 수행합니다.

태양이 지구에 막대한 양의 빛과 열을 공급하고 있는 낮 시간, 또는 밤일지라도 인공적인 조명이 풍부한 환경에서는 우리 눈의 대부분은 빛의 다양한 종류를 잘 구별하기 위한 원뿔 세포를 사용해 빛을 감지합니다. 때문에 여러 색들을 구분할 수 있습니다. 그러나 빛이 거의 없는 어두운 환경에서는 물체의 색을 잘 구별할 수 없습니다. 단지 여기에 물체가 있는지, 없는지의 희미한 실루엣만을 볼 수 있을 뿐이죠. 이 때는 막대 세포가 기능을 수행합니다. 밝은 곳에서 갑자기 어두운 곳으로 이동하였을 때, 아무 것도 보이지 않던 눈이 어두운 환경에 점점 적응해가면서 주변 물체들의 실루엣을 볼 수 있는 이유도, 본래 원뿔 세포를 중심으로 기능하던 눈이 막대 세포를 중심으로 기능하기 때문에 나타나는 변화입니다.

밤하늘의 별들을 보면, 대부분의 별들은 그냥 흰색으로 보이는 것 같습니다. 그러나 이는 별빛이 충분히 밝지 못 하기 때문에, 평소 우리의 눈으로 색이 잘 구분되지 않기에 일어나는 착각입니다. 빛을 충분히 많이 모을 수 있는 망원경이나 쌍안경을 이용해 별들을 다시 보면, 푸른 색으로, 또는 붉은 색으로 보이는 별들을 확인할 수 있습니다.

그렇다면 태양의 빛을 반사하여 빛나고, 밤하늘 전체를 밝게 비추는 달의 경우엔 어떨까요? 우선 달은 지구 주위를 공전하는 지구 크기의 약 1/4 정도를 가지고 있는 위성입니다. 달이 우주 공간 속으로 달아나지 않고 지구 주위에서 계속 돌고 있는 이유는 지구가 달을, 그리고 달이 지구를 서로 끌어당기고 있는 힘 때문이죠. 이 힘을 우리는 중력이라고 부릅니다. 중력은 질량이 크면 클 수록 강해져서, 우주 스케일의 별 무리와 은하들의 운동은 대부분 중력에 의해 만들어집니다. 우주 공간 상으로 뻗어나가는 태양의 매우 밝은 빛을 달이 고스란히 반사하면, 그 것이 우리가 보는 달빛이 되는 것입니다. 달은 지구의 중력에 붙들려 지구 주위를 한 달에 한 번 공전하게 되는데, 이 때문에 달의 위치가 매일 조금씩 변하면서 태양 빛을 반사하는 면이 점점 달리 보이게 되고, 이로 인해 만들어지는 것이 초승달이나 반달, 그리고 보름달과 같은 달의 모습의 변화입니다. 이러한 모습을 우리는 달의 위상이라고 부르기도 합니다. 반사면이 넓어질수록 좀 더 밝게, 그리고 좁아질수록 점점 더 어둡게 보이게 되며, 공전 위치가 태양 - 달 - 지구의 일렬에 가까워지면 반사면이 지구에서 보이지 않기 때문에 한 달에 2~3일 정도는 달의 모습을 볼 수 없게 되기도 합니다.

비록 달이 태양 빛을 반사하여 빛나는 천체일지라도, 달은 우리가 볼 수 있는 밤하늘 그 어떤 천체와도 비교조차 할 수 없을 만큼 아주 밝은 천체들 중 하나입니다. 심지어 너무나 밝은 나머지, 상현, 하현달 정도만 되어도 낮 시간 동안 달이 보일 정도가 되죠. 그래서 우리는 달의 여러 색을 볼 수 있습니다. 지평선에서 떠오르는 달은 떠오르는 태양과 같이 붉은 색을 띄고 있는 것을 알 수 있습니다. 태양에서 반사되어 들어오는 빛이 지구 대기와 만나 산란되면서, 푸른 영역의 빛들이 대부분 소실되었기 때문에 약간 붉게 보이는 것입니다. 높이 떠오르면 떠오를수록 흰색에 가까운 색으로 보이죠.

상식적으로 달은 밤에만 떠야 할 것 같기 때문에, 많은 사람들이 낮에 떠 있는 달을 보며 의아해하는 모습을 볼 수 있습니다. 앞에서 이야기했던 것처럼, 사실 달이 낮에도 보이는 이유는 생각보다 단순한데요, 하늘이 파랗게 보이도록 하는 산란된 빛의 세기보다, 달에 반사되어 들어오는 빛의 세기가 더 강하기 때문입니다. 이 때 볼 수 있는 달은 푸른색을 띄는 것처럼 보입니다. 하지만 실제로는 달이 푸른색을 띄는 것이 아닙니다. 달이 반사하는 빛의 세기가 주변 배경보다 눈에 띄게 세긴 하지만, 그래도 주변 배경을 완전히 누를 만큼 강렬하진 않기 떄문에, 이미 하늘의 대부분을 채우고 있는 파란색과 어우러져, 마치 달이 파란색인 것처럼 보이는 것일 뿐입니다.

그렇다면 우리는 언제 낮에 뜬 달을 볼 수 있을까요? 가장 좋은 시기는 위치상으로 태양 - 지구 - 달이 위치한 각이 약 90도 정도로 배치되어 있는 상현, 또는 하현의 위치인 시기가 좋습니다. 상현의 경우 정오 시간으로부터 태양이 서쪽으로 내려감에 따라 서서히 동쪽 하늘에 등장하기 시작하여, 태양이 완전히 지평선 아래로 내려가면서 남쪽 하늘 꼭대기에 위치하게 됩니다. 태양이 완전히 지기 전까지의 오후 시간 동안 낮에 뜬 달을 볼 수 있죠. 하현은 이와는 정 반대의 시간에 볼 수 있습니다. 자정 시간으로부터 동쪽 하늘에서 뜨기 시작하여 밤하늘을 서서히 밝히는 하현은 동이 트기 시작할 때 즈음까지 남쪽 하늘 중앙으로 이동합니다. 이후, 정오가 될 때까지 하늘에 떠 있다가 태양이 남쪽 하늘 중앙까지 올라오면 그제서야 지평선 아래로 내려갑니다. 낮에 뜨는 하현달은 바로 이 시간대인, 일출로부터 정오가 되는 아침 동안, 서쪽 하늘에서 볼 수 있습니다.

낮에 뜬 달은 사진으로도 예쁘게 잡힙니다. 망원렌즈가 있는 분들이라면 한번 예쁜 달을 낮에 담아보는 건 어떨까요? 그리고 주변 사람들에게 공유해보세요. 아마 굉장히 신기해 할 것입니다. 그럼 이 방송을 보신 여러분들이라면, 왜 달이 낮에도 카메라에 찍힐 수 있는지, 설명해주실 수 있겠죠? 이상 궁금한 이야기였습니다.

YTN 사이언스 김기봉 (kgb@ytn.co.kr)