지난 18일 저녁 콜로라도 하늘에 선명한 쌍무지개가 모습을 드러냈다. 퇴근길에 촬영된 사진에는 진한 무지개 바깥으로 또 하나의 흐린 무지개가 거의 반원 형태로 펼쳐져 있다. 그런데 자세히 보면 두 무지개의 색깔 순서가 서로 반대다. 왜 이런 현상이 생기는 것일까.
무지개는 햇빛과 공중의 작은 물방울이 함께 만드는 빛의 작품이다. 여러 색이 섞인 햇빛이 물방울 안으로 들어가면 진행 방향이 꺾이는 ‘굴절’이 일어난다. 이어 물방울 안쪽에서 반사된 빛이 밖으로 나오면서 빨강·주황·노랑·초록·파랑·보라 등으로 나뉜다.
안쪽의 밝은 무지개는 빛이 물방울 안에서 한 번 반사돼 만들어진다. 이때 빨간색은 바깥쪽, 보라색은 안쪽에 나타난다. 반면 바깥쪽의 두 번째 무지개는 빛이 물방울 안에서 두 번 반사될 때 생긴다. 반사 횟수가 한 번 더 늘면서 빛이 나오는 방향도 달라져 색깔 순서가 뒤집힌다. 따라서 두 번째 무지개에서는 빨간색이 안쪽, 보라색이 바깥쪽에 보인다. 두 번째 반사까지 거쳐 눈에 도달하는 빛의 양이 적기 때문에 첫 번째 무지개보다 흐리다.
두 무지개 사이의 하늘이 유난히 어둡게 보이는 것도 착시가 아니다. 이 부분은 ‘알렉산더의 어두운 띠(Alexander’s dark band)’라고 불린다. 이 각도에서는 무지개를 만드는 빛이 관찰자의 눈으로 적게 들어오기 때문에 주변보다 어둡게 보인다.
무지개는 비가 온 뒤에만 볼 수 있는 것은 아니다. 햇빛을 등지고 분수나 폭포의 물보라를 바라보거나, 스프링클러와 정원용 호스로 가는 물안개를 만들면 작은 무지개를 볼 수 있다. 무지개는 하늘의 한곳에 걸린 물체가 아니라 태양과 관찰자, 물방울의 각도로 생기는 현상이다. 사람이 움직이면 다른 물방울에서 나온 빛을 보게 되므로 무지개도 따라 움직이는 것처럼 느껴진다.
무지개는 원래 완전한 원이지만 지상에서는 땅이 아래쪽을 가려 주로 활 모양으로 보인다. 저녁처럼 태양이 지평선 가까이 낮아지면 원의 더 많은 부분이 지상 위로 올라와 사진처럼 커다란 반원에 가까워진다. 콜로라도가 다른 지역보다 쌍무지개가 많다는 공식 통계는 없지만, 국지성 소나기와 햇빛이 동시에 나타나고 시야가 탁 트인 날에는 이 같은 장관을 관찰하기 좋은 조건이 만들어진다.
