구름은 무슨 색일까?

구름의 색은 여러가지

청명한 날의 새하얀 구름, 흐린 하늘의 회색 구름, 금방이라도 큰 비가 내릴 것 같은 새까만 구름, 이른 아침의 새벽노을이나 저녁노을의 주황색 구름 등 하늘에 떠다니는 구름을 보고 있으면, 구름은 색의 변화가 상당히 풍부하다는 것을 알 수 있습니다.

구름의 정체는 무엇인가?

하늘에 떠있는 구름의 정체는 미세한 물방울과 얼음 입자입니다. 이 물방울과 얼음 알갱이는 원래 지상의 강과 바다 등에서 증발한 물 입니다. 공기는 온도가 높을수록 수증기를 많이 포함할 수 있습니다. 따뜻한 공기는 가볍기 때문에 상공으로 올라갑니다만, 올라갈수록 기압이 낮아지기 때문에 팽창합니다. 이 때 공기는 ​​외부에 열을 빼앗기지 않는 상태로 팽창합니다. 공기 자체가 가진 열이 팽창에 사용되기 때문에 공기의 온도는 떨어집니다. 공기에 포함된 수증기는 식으면서 기체상태로는 존재할 수 없게 되어, 응결되어 미세한 물방울이나 얼음의 알갱이가 됩니다. 이것이 바로 구름의 정체입니다.

흰구름과 먹구름

빛은 물방울이나 얼음 알갱이에 닿으면 산란합니다. 예를 들어 자잘한 물방울들로 이루어진 수증기나 미세하게 부서진 얼음 알갱이에 태양이나 전등의 빛 같은 백색광이 닿으면 하얗게 보입니다. 이것은 백색광이 물방울이나 얼음알갱이로 산란하여 사방팔방으로 난반사하기 때문입니다. 구름이 하얗게 보이는 것도 빛이 구름 속의 물방울이나 얼음 알갱이에 의해 산란하기 때문입니다. 우리가 평소에 구름을 볼때 우리는 두가지 빛을 보게 됩니다. 태양에서 나와 구름에 닿은 빛은 먼저 구름 속으로 흩어집니다. 구름속에서 산란한 빛은 그대로 구름 속을 투과하거나 구름 밖으로 반사되어 우리 눈에 닿습니다. 먼저 구름 속을 투과해 오는 빛에 대해 생각해 봅시다. 이 경우 구름 속을 투과하여 눈에 닿는 빛의 양에 따라 구름의 색이 하얗게 보이거나 검게 보입니다. 하늘이 높은 곳에 생기는 새털구름(권운)같은 얇은 구름은 빛을 잘 통과하므로 하얗게 보입니다. 한편 비구름은 물이나 얼음의 입자가 크고, 구름도 두껍기 때문에, 구름을 투과하는 빛의 양이 적어져 검게 보입니다. 하늘 전체를 덮는 구름이 어두운 회색이나 흑색이 되는 것은 구름을 투과해 오는 빛이 적기 때문입니다. 다음으로 구름 표면에서 반사되는 빛을 생각해 봅시다. 구름의 색은 구름에 닿는 빛의 양에 의해 결정됩니다. 예를 들어 맑은 날에는 구름에 충분히 빛이 닿기 때문에 구름은 흰색으로 보입니다. 하지만 맑은 날에도 구름이 어두워 보일 수 있습니다. 이것은 다른 구름으로 인해 태양광이 차단되어 구름에 닿는 빛의 양이 적어지기 때문입니다. 이처럼 구름에 닿는 빛의 양이 적어지면 구름을 투과하거나 반사하는 빛의 양도 적어지므로 구름의 색이 검은색으로 보입니다. 구름의 색은 구름의 두께뿐만 아니라 태양의 방향, 다른 구름과의 위치 관계에 따라 달라집니다. 그 때문에 구름의 색은 밝기가 다른 백색과 흑색이 조합된 복잡한 색조가 되는 것입니다.

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노을에 물든 구름

새벽 하늘이나 저녁 하늘의 구름은 붉게 물들어 있습니다. 일출과 일몰시에는 태양의 고도가 낮기 때문에 태양광이 대기 중을 통과하는 거리가 낮동안 보다 길어집니다. 그러면 태양광에 포함된 청색계의 빛이 대기 중에서 산란되어 적색계의 빛이 청색계의 빛보다 많이 닿게 됩니다. 그러므로 노을 때 하늘에 떠있는 구름은 붉게 물들어 보입니다. 또한 하늘에 푸른 하늘이 남아있는 시간대에서는 다음 사진과 같이 붉게 물든 구름과 하늘의 푸른 색이 섞여 환상적인 색조가 됩니다.

무지개색 구름

다음 사진과 같이 구름이 무지개처럼 물들어 보일 수 있습니다. 이것은 채운이라고 불리는 현상으로, 구름 속의 물방울에 의해 빛이 회절하고 간섭하여 구름이 무지개색처럼 보입니다. CD나 DVD에서 볼 수 있는 무지개색이 나타나는 것과 같은 원리 발생합니다.

다음 사진은 채운과 매우 비슷하지만, 이것은 환수평호(Circumhorizontal arc)라고 불리는 현상으로, 태양과 지표 사이에 생기는 수평 무지개입니다. 대기중의 얼음 알갱이가 프리즘과 같은 기능을 하여, 태양광을 굴절 및 분산시키기 때문에 하늘에 무지개가 생깁니다. 채운과 비슷하지만 다른 현상입니다.