하늘이 푸른 이유

빛이 원자에 입사되면 원자에 속박되어 있는 전자가 진동하면서 여러 방향으로 빛을 재방출한다. 이를 산란이라 한다. 산란은 입자가 작을수록, 빛의 진동수는 높을수록 잘 일어난다.(작은 종이 고음을 낸다.) 태양광 중 자외선은 대부분 오존층에 의해 흡수되고 일부는 대기 입자나 분자들에 의해 산란된다. 자외선이 가장 많이 산란되고 그 다음이 가시광선중 푸른색.... 빨강색순이다. 그러나 자외선은 보이지 않음으로 상대적으로 푸른색이 많이 산란되에 하늘이 푸르게 보인다. 푸른 하늘은 공기가 건조할수록 더 푸르고, 수증기가 많으면 하늘은 회색을 띠게 된다.



일몰이 붉은 이유

낮은 진동수의 빛은 공기입자(질소나 산소)에 의해 적게 산란된다. 그래서 푸른색은 대기를 통과하면서 대부분 산란되고 붉은 색은 통과한다.

정오에는 태양빛이 엷은 대기를 통과하므로 높은 진동수빛이 적게 산란되므로 태양이 노랗게 보인다. 태양의 고도가 낮아지면 태양빛이 대기를 통과하는 경로가 길어지고 공기 입자와 많이 충돌하여 가시광선중 높은 진동수의 빛은 대부분 산란되고, 진동수가 작은 붉은색만 지표면에 도달하게 된다. 즉, 일몰 때 태양의 고도가 매우 낮으면 경로가 매우 길어져 높은 진동수는 모두 산란되고 붉은 빛만 지표에 도달한다.



구름이 하얀이유

구름은 다양한 크기의 물 분자가 모여 있다. 가장 작은 입자는 파란색을 , 조금 큰 입자는 녹색을, 더 큰 입자는 붉은 색을 산란시킨다. 따라서 구름에 의해서는 모든색이 산란되므로 흰색으로 보인다. 구름 분자들이 밀집되어 있으면 충돌에 의해 더 많은 전자들이 진동하게 되고 더 많은 빛을 산란시켜 밝게 보인다.

물 입자가 더 커진 경우는 빛은 흡수되고 산란된 양은 적어지므로 어두운 구름이 된다.



물이 녹색으로 푸른 이유

물은 거의 모든 빛을 투과시키지만 적외선은 모두 흡수한다. 이는 물 분자의 진동수가 적외선의 진동수와 공명하기 때문이다.(진동수가 같다.) 그러므로 적외선이 흡수되므로 물은 데워진다. 물 분자는 빨강색과도 약간 공명하나, 깊어질수록 빨강색은 없어지고 다음의 푸른색만 남게 된다. 그래서 푸른빛이 도는 녹색을 띠게 된다.