▲ 미국 뉴저지 하늘에 나타난 ‘과잉 무지개’

미국 뉴저지의 하늘에 기묘한 형태의 무지개가 나타나 사람들의 눈길을 사로잡았는데, 그중 한 사진작가가 촬영한 사진이 27일 '오늘의 천체사진'(APOD)에 공개됐다. 

2018년 허리케인 플로렌스가 미국 뉴저지주 저지 쇼어를 휩쓸고 지난 후, 태양이 다시 하늘 한쪽에서 얼굴을 내밀을 때, 그 반대 방향의 하늘에 아주 특이한 것이 나타났다. 무지개들이 무더기로 나타나 하늘을 뒤덮은 것.

바로 '과잉 무지개(supernumerary rainbow)'로 불리는 무지개 무리였다. 

그 놀라운 광경을 본 한 사진작가와 그의 딸은 황홀한 나머지 과잉 무지개가 사라지기까지 30분 동안 정신없이 셔터를 눌렀다. 그의 사진에서는 최소 다섯 개의 무지개가 하늘을 수놓은 장면을 볼 수 있다.

이 같은 과잉 무지개는 떨어지는 물방울이 모두 거의 같은 크기이며 일반적으로 지름이 1mm 미만일 때만 형성된다. 그러면 햇빛은 빗방울 내부에서 반사될 뿐만 아니라, 간섭현상을 일으킬 때 이런 과잉 무지개가 나타난다.

이는 연못에 돌을 던졌을 때 수면에 잔물결이 파동을 만드는 것과 같은 원리다. 이 같은 현상은 1800년대 빛이 파동이냐 입자냐를 놓고 치열한 논쟁이 벌어졌을 때 빛의 파동 특성의 한 증거로 간주되었다. 

참고로, 무지개가 생기는 원리에 대해 최초로 과학적인 설명을 내놓은 사람은 아리스토텔레스로, 그는 뱃머리에서 튀는 물방울 속에 무지개가 나타나는 것을 관찰하고, 태양의 반대쪽에 있는 물방울이 무지개의 발생에 중요한 구실을 한다는 것을 알아냈다.

무지개에는 여러 종류가 있는데, 보통 대일점(對日點)을 중심으로 반지름 약 42°의 광륜(光輪)으로 나타나는 제1차 무지개, 또 흔치는 않지만 빗방울 안에서 빛이 두 번 굴절·반사되어 만들어지는 제2차 무지개(쌍무지개) 등이 있다.  

과잉 무지개 제1차 무지개의 안쪽과 제2차 무지개의 바깥쪽에 나타나는데, 이것들은 제1차 무지개 및 제2차 무지개를 만드는 물방울로부터의 빛의 간섭에 의해서 생긴다.