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밤하늘이 깜깜한 이유 (올버스의 역설)
밤하늘이 깜깜한 이유를 설명하는 데는 **올버스의 역설(Olbers' Paradox)**이 중요합니다. 이 역설은 "우주가 무한하고 영원히 지속되었다면, 밤하늘은 무한히 많은 별빛으로 가득 차서 밝아야 하는데, 왜 어둡게 보일까?"라는 질문에서 출발합니다.
밤하늘이 어두운 이유
- 우주는 유한한 시간 동안 존재했다
- 우주는 빅뱅 이후 약 138억 년 동안 팽창해 왔으며, 따라서 우리가 볼 수 있는 별과 은하의 수는 제한적입니다.
- 아직 도달하지 않은 빛이 존재하기 때문에 밤하늘이 완전히 밝아지지 않습니다.
- 우주는 팽창하고 있다
- 우주의 팽창으로 인해 먼 은하에서 오는 빛이 적색편이(Redshift)를 일으켜 가시광선이 적외선이나 전파 영역으로 변합니다. 이 때문에 우리 눈에는 보이지 않게 됩니다.
- 먼 우주의 별빛이 약해진다
- 별의 빛은 거리의 제곱에 반비례하여 줄어들기 때문에, 매우 먼 별의 빛은 우리에게 거의 도달하지 못합니다.
- 또한, 먼 은하에서 오는 빛은 은하 사이의 먼지에 의해 흡수되기도 합니다.
이러한 이유로 밤하늘은 완전히 밝아지지 않고 어둡게 보입니다.
낮의 하늘이 파란색인 이유 (레이리 산란)
낮의 하늘이 파랗게 보이는 이유는 레이리 산란(Rayleigh Scattering) 때문입니다.
빛의 산란 원리
- 태양빛은 여러 색의 빛이 섞여 있다
- 태양빛은 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라색의 여러 파장으로 이루어져 있으며, 이것이 합쳐져 흰색으로 보입니다.
- 대기 중의 분자가 빛을 산란시킨다
- 지구의 대기에는 질소(N₂)와 산소(O₂) 분자가 존재하며, 이 분자들이 태양빛을 산란시킵니다.
- 빛의 파장이 짧을수록 더 많이 산란되는데, 파란색(450nm)과 보라색(400nm)은 빨간색(700nm)보다 훨씬 더 잘 산란됩니다.
- 우리 눈이 파란색을 더 잘 감지한다
- 보라색 빛도 산란되지만, 인간의 눈에는 파란색을 감지하는 수용체가 더 많아 하늘이 파란색으로 보입니다.
- 또한, 태양빛에는 보라색 빛이 상대적으로 적기 때문에 파란색이 더욱 두드러집니다.
결론
- 밤하늘이 깜깜한 이유는 우주의 나이, 팽창, 거리로 인한 빛의 약화 때문입니다.
- 낮의 하늘이 파란색인 이유는 대기에서 파장이 짧은 빛(특히 파란색)이 더 많이 산란되기 때문입니다.
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