대기 굴절에 따른 시야 왜곡

밤하늘에 빛나는 달이 아직 수평선이나 지평선에 걸려있을 때, 달은 사실은 이미 수평선 너머로 사라졌다고 한다면, 당신은 믿을 수 있을까요? 밤하늘에 빛나는 별빛은 지구의 대기에 의해 굴절됩니다. 이 굴절의 정도는 바로 머리 위에서는 0이지만, 별의 높이가 낮을수록 굴절의 정도는 커집니다. 따라서 고도가 낮은 별은 실제로 별이 있는 위치보다 더 위쪽으로 보입니다. 이 현상을 '대기 굴절'이라고 합니다. 공기의 굴절률은 진공과 같이 1로 보는 경우가 많습니다만, 매우 두꺼운 대기층을 가지고 있을 때는 약간의 굴절율의 차이도 무시할 수 없기 때문에, 빛은 굴절해 버립니다. 이 편차는 수평선(지평선) 근처의 별에서는 각도로 약 0.6도나 차이가 있습니다. 24시간에 360도 이동한다고 생각하면, 1회당 이동하는데 걸리는 시간은 24×60/360=4 min입니다. 보이는 달의 직경은 각도로 하면 약 0.5도이기 때문에, 달은 최하부가 수평선에 걸리고 나서 약 2분 안에 수평선 밑으로 가라앉게 됩니다. 달과 지구의 거리는 약 38만 4천 킬로미터로, 달에서 반사한 빛은 약 1.28초로 지구에 옵니다. 그러므로 달이 바로 수평선에 가라앉기 시작할 때, 달의 실체는 이미 수평선 밑에 가라앉아 있습니다. 이것은 태양의 경우도 마찬가지입니다. 그러나 태양으로부터 지구까지의 거리가 약 1억 5천만 킬로미터로 빛이 오는데 8분 19초가 걸리기 때문에, 수평선에 가라앉고 있는 태양의 경우는 대기 굴절을 생각할 필요도 없이 이미 가라앉아 있다는게 됩니다.