무지개

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1. 개요

무지개는 햇빛이 빗방울에 의해 굴절, 반사, 분산되어 나타나는 현상으로, 일반적으로 1차 무지개와 2차 무지개로 구성된다. 1차 무지개는 안쪽이 보라색, 바깥쪽이 빨간색이며, 2차 무지개는 색상 배열이 반대이다. 무지개는 빗방울 크기, 태양의 고도, 관찰자의 위치에 따라 다양한 형태로 나타나며, 쌍둥이 무지개, 과잉 무지개, 반사 무지개 등이 있다. 무지개는 문화권에 따라 색상 인식에 차이가 있으며, 신화, 예술, 상징으로 널리 사용된다.

2. 종류

무지개는 빗방울 속에서 빛이 반사되는 횟수에 따라 여러 종류로 나뉜다.

완전한 무지개는 보통 두 개의 무지개로 되어 있다. 안쪽에 있는 선명한 무지개를 1차 무지개, 바깥쪽에 덜 뚜렷하게 나타나는 무지개를 2차 무지개라고 한다. 1차 무지개는 바깥쪽이 빨간색, 안쪽이 보라색이며, 2차 무지개는 햇빛이 물방울 속에서 두 번 반사하기 때문에 색깔 순서가 반대로 안쪽이 빨간색, 바깥쪽이 보라색이다.^[1]

이론적으로 모든 무지개는 이중 무지개이지만, 2차 무지개는 항상 1차 무지개보다 희미하므로 실제로는 보기 어려울 수 있다. 1차 무지개와 2차 무지개 사이의 어두운 영역은 아프로디시아스의 알렉산더의 이름을 따서 알렉산더 띠라고 한다.^[31]

2. 1. 1차 무지개 (주 무지개, 수무지개)

1차 무지개는 수무지개라고도 불리며, 가장 흔하게 관찰되는 무지개이다. 태양과 관측자를 연결하는 선을 연장한 방향을 중심으로 시반경 40~42°에서 나타나며, 빗방울 속에서 빛이 한 번 반사되어 나타난다. 햇빛 스펙트럼에 따라 바깥쪽부터 빨간색, 안쪽으로 갈수록 보라색 순서로 배열된다.^[2] 2차 무지개는 1차 무지개보다 덜 뚜렷하며 1차 무지개의 바깥쪽에 나타나는데, 햇빛이 물방울 속에서 두 번 반사된 뒤에 생기므로 색깔 순서가 반대이다.^[1] 태양이 높이 뜰수록 무지개의 높이는 낮아지며, 태양 고도가 40°보다 높으면 무지개는 보이지 않고, 태양이 수평선 가까이에 있을 때 가장 잘 보인다.^[1]

2. 2. 2차 무지개 (부 무지개, 암무지개)

2차 무지개는 암무지개라고도 불리며, 1차 무지개보다 덜 뚜렷하게 1차 무지개의 바깥쪽에 나타난다. 2차 무지개는 햇빛이 물방울 속에서 두 번 반사되어 생성되므로, 색깔의 순서가 1차 무지개와는 반대로 안쪽이 빨간색이고 바깥쪽이 보라색이다.^[1]

시반경 50~53°에서 나타나며, 빗방울 안에서 빛의 굴절과 두 번의 반사가 일어날 때 만들어진다. 1차 무지개와 2차 무지개가 함께 뜬 것을 묶어 쌍무지개라고 부른다.^[1]

2. 3. 무지개 구름 (채운)

보통 채운(Rainbow cloud)이라고 불린다. 태양 방향으로 시반경 38~42°에서 나타나며, 주로 무지개 색이 뒤섞여 나타난다.

3. 띠의 두께

각 색깔 띠의 넓이는 일정하지 않고, 무지개가 생긴 곳의 빗방울 크기에 따라 결정되는데, 빗방울이 클수록 띠가 좁다.^[30] 물방울 크기는 무지개 색에도 영향을 미친다. 물방울 반지름이 0.5~1밀리미터로 크면 보라색, 녹색, 빨간색이 뚜렷하게 보이지만, 청색은 옅어진다. 물방울이 작아질수록 빨간색은 옅어져, 반지름 0.1~0.15 밀리미터에서는 빨간색이 보이지 않게 된다. 그리고 물방울 반지름이 0.03 밀리미터에서 흰색을 띠고, 0.025 밀리미터 이하가 되면 색이 구별되지 않고, 희고 밝은 반원이 보이게 된다. 이것을 '''백홍'''(白虹, 시로니지, 핫코)이라고 한다.

4. 색의 암기법

무지개 색과 그 순서를 외우는 방법은 여러 가지가 있으며, 보통 각 색의 첫 글자를 따서 외운다. 스펙트럼 색상도 참고하면 좋다.

사람이 눈으로 볼 수 있는 색상 중에서 가장 흔하게 언급되고 기억되는 순서는 아이작 뉴턴이 제시한 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라의 7가지 색상이다.^[9] 이 순서는 기억술을 사용하여 'Richard Of York Gave Battle In Vain' (요크의 리처드 공작은 전투에서 헛되이 싸웠다) 또는 가상의 인물 이름인 Roy G. Biv로 기억된다. 이 머리글자는 VIBGYOR로 역순으로 언급되기도 한다. 현대에는 무지개가 빨강, 주황, 노랑, 초록, 시안, 파랑, 보라색으로 나뉘는 경우도 많다.^[13]

뉴턴은 처음에 빨강, 노랑, 초록, 파랑, 보라의 5가지 주요 색상으로 스펙트럼을 나누었다.^[8] 이후 주황과 남색을 추가하여 음계의 음표 수와 유사하게 7가지 주요 색상을 제시했다.^[9] 뉴턴은 색상, 음표, 태양계의 알려진 물체, 요일 사이에 연결 고리가 있다고 생각했던 고대 그리스 궤변가들의 믿음에 따라 가시 스펙트럼을 7가지 색상으로 나누었다.^[11]^[12] 그러나 학자들은 뉴턴이 "파랑"이라고 불렀던 것은 오늘날 시안으로 여겨지고, 뉴턴이 "남색"이라고 불렀던 것은 오늘날 파랑으로 여겨진다고 지적한다.^[7]^[13]^[14]

뉴턴의 첫 번째 색상	빨강	노랑	초록	파랑	보라
뉴턴의 후기 색상	빨강	주황	노랑	초록	파랑	남색	보라
현대적 해석	빨강	주황	노랑	초록	시안	파랑	보라

일본에서는 "세키・토・오・료쿠・세이・란・시" (赤・橙・黄・緑・青・藍・紫)라고 외우는 방법이 있었다.^[108]

4. 1. 한국어권

한국에서는 전통적으로 무지개를 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라의 일곱 가지 색으로 인식해왔다.^[9] 이는 아이작 뉴턴이 제시한 7가지 색상 분류에 기반한 것으로, Roy G. Biv와 같은 영어권의 기억술도 이와 관련이 있다. 그러나 현대 과학에서는 무지개를 빨강, 주황, 노랑, 초록, 시안, 파랑, 보라색으로 나누기도 한다.^[13]

이타쿠라 키요노부는 일본에서 "무지개가 일곱 색깔"이라는 상식이 널리 퍼진 것은 메이지 시대 초기에 서양 과학이 도입된 이후이며, 그 이전 에도 시대에는 중국에서 전래된 표기법을 따라 "홍록(紅綠)의 무지개"라고 썼다고 비판했다.^[108]^[109]^[110]

메이지 시대 이후 일본 학교 교육에서는 서양 자연과학 입문서의 영향으로 무지개를 일곱 색깔로 가르쳤다. 메이지 초기에 번역되어 베스트셀러가 된 『리각초보』에도 "무지개 색은 Violet, indigo, blue, green, yellow, orange, red의 일곱 색깔"이라고 적혀 있었다.^[111]

제2차 세계 대전 이후 문부성이 만든 이과 교과서는 파커의 단원별 교과서를 모델로 했지만, 무지개는 7색으로 가르치는 등 파커의 견해를 계승하지 않았다.^[114]

일본의 분광학 전문가가 스펙트럼 인식을 바꾼 것은 1947년 나카무라 세이지의 『나카무라 물리학·상권』으로, "색의 수를 셀 수는 없다"면서도 6색을 제시했다.^[115] 1952년 무렵까지 6색으로의 전환이 이루어졌지만, 당시 검정 교과서에서는 대부분 무지개를 7색으로 표기했다.^[116]

4. 2. 영어권

영어권에서는 무지개 색을 빨강, 주황, 노랑, 녹색, 파랑, 남색, 보라 순으로 보며, Roy G. Biv를 사용하여 암기한다.^[9] 이는 Red, Orange, Yellow, Green, Blue, Indigo, Violet의 첫 글자를 따서 사람 이름처럼 만든 것이다.^[9] 이 외에도 "'''R'''ichard '''o'''f '''Y'''ork '''g'''ave '''B'''attle '''i'''n '''v'''ain" (요크의 리처드의 도전은 헛되었다)라는 문장을 이용하기도 한다.^[9]

5. 무지개의 원리

무지개는 빛의 굴절, 분산, 반사 현상이 복합적으로 작용하여 나타나는 현상이다.

햇빛이 빗방울에 닿으면 일부는 반사되고 나머지는 빗방울 안으로 들어간다. 이때 빛은 빗방울 표면에서 굴절된다. 굴절된 빛은 빗방울 뒤쪽에 닿아 일부는 반사되고, 내부 반사된 빛은 다시 표면에 도달하여 일부는 내부 반사, 일부는 굴절되어 빗방울 밖으로 나간다. 이러한 과정을 통해 입사된 빛의 일부는 0°에서 42° 범위로 반사되는데, 약 42°에서 가장 강한 빛을 낸다.^[20]

백색광은 분산으로 인해 빗방울에 들어가면서 서로 다른 색상으로 분리되어 적색광이 청색광보다 덜 굴절된다.

42°에서 빛이 가장 강하게 반사되는 이유는 이 지점이 변곡점이기 때문이다. 빛의 굴절량은 파장(색상)에 따라 달라지는데, 이를 분산이라고 한다. 청색광(짧은 파장)은 적색광보다 더 큰 각도로 굴절되지만, 빗방울 뒤쪽에서 반사되기 때문에 청색광은 적색광보다 원래 입사하는 백색광선에 대해 더 작은 각도로 빗방울에서 나온다. 이로 인해 청색은 주 무지개 안쪽에, 적색은 바깥쪽에 나타난다.^[20]

빗방울 내 빛의 진행
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주 무지개	부 무지개

무지개는 특정 위치에 존재하는 것이 아니라, 관찰자의 시점에 따라 다르게 보인다. 모든 빗방울은 햇빛을 동일하게 굴절, 반사하지만, 일부 빗방울에서 나오는 빛만 관찰자의 눈에 도달하여 무지개를 구성한다.

#주 무지개와 부 무지개에서 더 자세한 내용을 확인할 수 있다.

5. 1. 무지개의 모양

무지개는 관찰자를 중심으로 태양 반대편(대일점)을 중심으로 하는 원호 모양이다. 대일점이 지평선 아래에 있기 때문에, 일반적으로 무지개는 반원 모양으로 보인다.^[99] 비행기나 높은 산 등 특정 조건에서는 360도 원형 무지개를 관찰할 수 있다.^[36]^[37]

이론적으로 모든 무지개는 원이지만, 지상에서는 보통 그 윗부분의 절반만 볼 수 있다. 무지개의 중심은 하늘에서 태양의 위치와 정반대이므로, 해가 지평선에 가까워질수록 원의 더 많은 부분이 보이는데, 이는 일반적으로 볼 수 있는 원의 가장 큰 부분이 일몰 또는 일출 시 약 50%임을 의미한다. 무지개의 아랫부분을 보려면 관찰자의 지평선 ''아래''에 물방울이 있어야 하고, 햇빛이 그 물방울에 도달할 수 있어야 한다. 이러한 요구 사항은 일반적으로 관찰자가 지상에 있을 때는 충족되지 않는데, 이는 물방울이 필요한 위치에 없거나 햇빛이 관찰자 뒤의 지형에 의해 가려지기 때문이다. 그러나 고층 건물이나 항공기와 같은 높은 지점에서 이러한 요구 사항을 충족할 수 있으며, 완전한 원형 무지개를 볼 수 있다.^[36]^[37]

비행기 주변의 공기가 수증기를 많이 포함하고 있는 경우에는 창문에서 아래로 360도 원환 모양의 무지개를 볼 수 있다. 운해를 넘는 높은 산에서도 아래로 무지개가 보이는 경우가 있다. 이 비행기나 운해의 무지개는 브로켄 현상에 의한 것으로, 빛의 회절로 나타난다. 일반적인 무지개나 호스의 물에 의한 무지개와는 원리가 다르다.^[99]

주홍의 아래쪽이나 부홍의 위쪽에 색깔이 있는 부분이 희미하게 보이는 경우가 있는데, 이를 여분 무지개, 과잉 무지개 또는 간섭 무지개라고 한다.^[99] 이는 물방울이 일정 크기가 되었을 때, 태양광이 간섭하여 약해지거나 강해진 결과, 주홍의 안쪽에 가까운 곳에 빛이 강해지는 부분이 존재하기 때문이다.

5. 2. 주 무지개와 부 무지개

완전한 무지개는 보통 두 개의 무지개로 되어 있다. 안쪽에 있는 선명한 무지개를 주 무지개(1차 무지개)라고 하며, 바깥쪽에 덜 뚜렷하게 나타나는 무지개를 부 무지개(2차 무지개)라고 한다. 주 무지개는 수무지개라고도 불리며, 햇빛 스펙트럼이 안쪽은 보라색, 바깥쪽은 빨간색으로 배열되어 나타난다.^[20] 부 무지개는 암무지개라고도 불리며, 빗방울 안에서 빛이 두 번 반사되어 만들어진다.^[21] 주 무지개와 달리 안쪽이 빨간색, 바깥쪽이 보라색으로 색 배열이 반대로 나타난다. 이 두 무지개가 함께 뜬 것을 쌍무지개라고 부른다.

주 무지개는 태양-물방울-관찰자가 이루는 각도가 40~42°일 때 나타난다.^[29] 반사된 빛이 약 42°에서 가장 강한 이유는 이 지점이 변곡점이기 때문이다. 물방울의 가장 바깥쪽 고리에 닿는 빛은 42° 미만으로 반사되고, 중심에 더 가까운 물방울에 닿는 빛도 마찬가지이다. 약 42°에서 모든 빛이 반사되는 원형 띠가 형성된다.

부 무지개는 태양-물방울-관찰자가 이루는 각도가 51~53°일 때 나타난다.^[22] 빗방울 안에서 빛이 굴절과 두 번 반사가 일어날 때 만들어진다.

무지개가 그리는 호는 관찰자를 기점으로 태양과 정반대 방향인 대일점이 중심이 된다. 대일점은 관찰자에게는 지평선 아래에 있기 때문에 무지개는 반원으로 보인다.

비행기 주변의 공기가 수증기를 많이 포함하고 있는 경우에는 창문에서 아래로 360도 원 모양의 무지개를 볼 수 있다. 운해를 넘는 높은 산에서도 아래로 무지개가 보이는 경우가 있다. 이 비행기나 운해의 무지개는 브로켄 현상에 의한 것으로, 빛의 회절로 나타난다. 일반적인 무지개나 호스의 물에 의한 무지개와는 원리가 다르다.

달빛으로도 무지개가 생길 수 있는데, 이를 월홍(달무지개)이라고 한다. 월홍은 저공에 밝은 달이 있는 등 제한적인 조건에서만 볼 수 있다.

5. 3. 광학적 설명

햇빛이 빗방울에 닿으면 빛의 일부는 반사되고 나머지는 빗방울로 들어간다. 빛은 빗방울 표면에서 굴절된다. 이 빛이 빗방울 뒤쪽에 닿으면 일부는 뒤쪽에서 반사된다. 내부적으로 반사된 빛이 다시 표면에 도달하면 다시 일부는 내부적으로 반사되고 일부는 물방울에서 빠져나가면서 굴절된다. 전체적인 효과는 입사하는 빛의 일부가 0°에서 42° 범위로 반사되어 약 42°에서 가장 강한 빛을 낸다는 것이다.^[20] 이 각도는 물방울의 크기와 무관하지만 굴절률에 따라 달라진다. 해수는 빗물보다 굴절률이 더 높으므로 바닷물 안개 속 "무지개"의 반경은 실제 무지개보다 작다.^[21]

반사된 빛이 약 42°에서 가장 강한 이유는 이 지점이 변곡점이기 때문이다. 즉, 물방울의 가장 바깥쪽 고리에 닿는 빛은 42° 미만으로 반사되고, 중심에 더 가까운 물방울에 닿는 빛도 마찬가지이다. 약 42°에서 모든 빛이 반사되는 원형 띠가 있다. 빛이 굴절되는 양은 파장, 즉 색상에 따라 달라진다. 이 효과를 분산이라고 한다. 청색광(더 짧은 파장)은 적색광보다 더 큰 각도로 굴절되지만, 물방울 뒤쪽에서 빛이 반사되기 때문에 청색광은 적색광보다 원래 입사하는 백색광선에 대해 더 작은 각도로 물방울에서 나온다. 이 각도로 인해 청색은 주 무지개 호의 안쪽에서 보이고, 적색은 바깥쪽에서 보인다.

빗방울 내 빛의 진행
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주 무지개	부 무지개

무지개의 정체는 빗방울 내부에서 반사된 빛이다. 오른쪽 그림과 같이, 주 무지개에서는 1번, 부 무지개에서는 2번 빛이 반사되며, 빗방울에 들어갈 때와 나올 때 각각 1번씩 굴절된다. 빛의 굴절률은 색에 따라 다르기 때문에, 물방울에서 굴절된 빛은 분산된다. 이 때문에 빗방울에서 나올 때의 진행 방향은 색에 따라 다르다. 뒷면의 태양광에 대해 무지개가 보이는 각도를 무지개 각도라고 하는데, 빨간색은 약 42도, 보라색은 약 40도가 된다. 이 결과, 하나의 빗방울에서는 하나의 색만 관찰자의 눈에 도달한다. 많은 빗방울로부터 "태양" - "프리즘이 되는 물방울" - "관찰자"가 이루는 각도에 따라 다른 색의 빛이 보일 때 무지개로 보이게 된다.

엄밀히 말하면, 무지개는 프리즘의 분광과 같지 않고, 더 복잡한 현상이다. 물방울 밖의 입사광을 연장한 선과 물방울 중심의 거리(입자 충돌에서의 충돌 매개변수에 해당)가 다르면, 빛과 물방울 표면이 이루는 각도가 달라지므로, 출사광의 각도도 다양하다. 그럼에도 불구하고, 특정 파장의 빛이 특정 각도에서 강해지는 것은, 이 산란각이 충돌 매개변수의 함수로 나타낼 때 극값을 가지며, 그 각도에서는 단위 각도당 입사광의 b의 범위가 발산하기 때문이다. 이것을 '''무지개 산란'''(rainbow scattering)이라고 한다.

쉽게 말하면, 물방울을 고정하고 태양광(입사광)을 수평으로 넣고, 입사광의 높이를 물방울의 중심 방향(수평)에서 점차 높여 가면, 태양광이 물방울에서 나오는 방향도 차츰 아래쪽으로 향하게 된다. 그러나 입사광이 어떤 높이 부근이 되면, 태양광이 물방울에서 나오는 방향의 변화가 작아지고, 이번에는 반대로 올라가기 시작한다. 이 높이 부근에서 들어오는 태양광은 모두 거의 같은 방향으로 나가게 되며, 이 부분만 강한 빛이 나가게 된다. 이러한 메커니즘으로, "태양" - "프리즘이 되는 물방울" - "관찰자"가 이루는 각도가 특정 각도가 되었을 때 무지개가 보이고, 색이 갈라진다.

5. 4. 다양한 형태의 무지개

무지개는 공중에 물방울이 있고 관찰자의 뒤에서 낮은 고도 각도로 햇빛이 비칠 때 관찰될 수 있다. 보통 아침에는 서쪽 하늘, 초저녁에는 동쪽 하늘에서 보인다. 가장 웅장한 무지개는 하늘의 절반이 비가 내리는 어두운 구름으로 덮여 있고, 관찰자가 태양 방향의 맑은 하늘을 가진 지점에 있을 때 발생한다. 이때 어두워진 배경과 대조되는 빛나는 무지개가 나타나며, 더 크지만 희미한 이차 무지개가 종종 보이기도 한다. 이차 무지개는 기본 무지개 바깥쪽 약 10°에서 나타나며 색상 순서가 반전된다.

무지개 효과는 폭포나 분수 근처에서도 흔히 볼 수 있으며, 맑은 날 물방울을 분산시켜 인공적으로 만들 수도 있다. 드물게는 달빛이 강한 밤에 달무지개를 볼 수도 있지만, 어두운 곳에서는 색상 인식이 어려워 흰색으로 인식되는 경우가 많다.^[4]

무지개의 완전한 반원을 사진으로 찍는 것은 84°의 화각이 필요하여 어렵다. 35mm 카메라의 경우 초점 거리가 19mm 이하인 광각 렌즈가 필요하다. 여러 이미지를 파노라마로 이미지 스티칭하는 소프트웨어를 사용하면 전체 호와 이차 호의 이미지를 쉽게 만들 수 있다.

비행기 등에서는 무지개를 완전한 원으로 보는 것이 가능하다. 이 현상은 영광 현상과 혼동될 수 있지만, 영광은 보통 훨씬 작으며 5–20°만 덮는다.

기본 무지개 안쪽 하늘은 바깥쪽보다 밝다. 이는 각 빗방울이 구체이고 하늘의 전체 원형 디스크에 빛을 산란시키기 때문이다. 디스크의 반경은 빛의 파장에 따라 다르며, 빨간색 빛은 파란색 빛보다 더 큰 각도로 산란된다. 대부분의 디스크에서 모든 파장의 빛이 겹쳐 백색광이 생성되고, 가장자리에서는 산란의 파장 의존성으로 인해 무지개가 발생한다.^[5]

기본 무지개 호의 빛은 호에 접선 방향으로 96% 편광된다.^[6] 두 번째 호의 빛은 90% 편광된다.

무지개는 특정 위치에 존재하는 것이 아니라, 관찰자의 관점에 따라 다르게 보인다. 모든 빗방울은 햇빛을 동일하게 굴절 및 반사하지만, 일부 빗방울에서 나오는 빛만 관찰자의 눈에 도달하여 무지개를 구성한다.

햇빛이 빗방울에 닿으면 빛의 일부는 반사되고 나머지는 빗방울로 들어간다. 빛은 빗방울 표면에서 굴절된다. 이 빛이 빗방울 뒤쪽에 닿으면 일부는 뒤쪽에서 반사된다. 내부적으로 반사된 빛이 다시 표면에 도달하면 다시 일부는 내부적으로 반사되고 일부는 물방울에서 빠져나가면서 굴절된다. 전체적인 효과는 입사하는 빛의 일부가 0°에서 42° 범위로 반사되어 약 42°에서 가장 강한 빛을 낸다는 것이다.^[20] 이 각도는 물방울의 크기와 무관하지만 굴절률에 따라 달라진다. 해수는 빗물보다 굴절률이 더 높으므로 바닷물 안개 속 "무지개"의 반경은 실제 무지개보다 작다.^[21]

반사된 빛이 약 42°에서 가장 강한 이유는 이 지점이 변곡점이기 때문이다. 빛이 굴절되는 양은 파장, 즉 색상에 따라 달라진다. 이 효과를 분산이라고 한다. 청색광(더 짧은 파장)은 적색광보다 더 큰 각도로 굴절되지만, 물방울 뒤쪽에서 빛이 반사되기 때문에 청색광은 적색광보다 원래 입사하는 백색광선에 대해 더 작은 각도로 물방울에서 나온다. 이 각도로 인해 청색은 주 무지개 호의 안쪽에서 보이고, 적색은 바깥쪽에서 보인다.^[20]

다음은 다양한 형태의 무지개에 대한 간략한 설명이다.

쌍둥이 무지개: 드물게 나타나는 형태로, 단일 기점에서 두 개의 무지개 아치가 갈라져 나온다.
완전한 원형 무지개: 비행기 등 높은 곳에서 볼 수 있으며, 360도 원형으로 나타난다.
과잉 무지개: 주 무지개 안쪽이나 부 무지개 바깥쪽에 나타나는 좁고 희미한 색상의 띠이다.
반사 무지개: 수면 위에 나타나는 무지개로, 수면에 반사된 모습이 함께 보인다.
단색 무지개: 해돋이나 해질녘에 특정 파장의 빛이 산란되어 붉은색으로만 보이는 무지개이다.
강화되지 않은 붉은색(단색) 무지개의 사진
고차 무지개: 3차, 4차 무지개 등 물방울 내부에서 여러 번 반사되어 만들어지는 희귀한 무지개이다.
달 무지개: 달빛에 의해 만들어지는 희미한 무지개이다.
낮은 요세미티 폭포의 물보라 달무지개
안개 무지개: 안개나 작은 물방울에 의해 만들어지는 흰색의 넓은 무지개이다.
수평호와 천정호: 얼음 결정에 의해 만들어지는 현상으로, 무지개와는 다른 원리로 발생한다.
환대 아래에 있는 수평호와 접원호

5. 4. 1. 쌍둥이 무지개

2016년 1월 7일 이른 아침, 인디애나주 발파라이소에서 촬영된 무지개

쌍둥이 무지개는 두 개의 별개의 동심원 무지개 아치로 구성된 이중 무지개와 달리, 단일 기점에서 갈라지는 두 개의 무지개 아치로 나타난다.^[32] 두 번째 무지개의 색상은 이차 무지개처럼 반전되지 않고, 주 무지개와 동일한 순서로 나타난다. "정상적인" 이차 무지개도 함께 나타날 수 있다. 쌍둥이 무지개는 과잉 띠와 비슷하게 보일 수 있지만, 혼동해서는 안 된다. 이 두 현상은 색상 프로필의 차이로 구분할 수 있는데, 과잉 띠는 억제된 파스텔 색조(주로 분홍색, 보라색 및 녹색)로 구성되어 있는 반면, 쌍둥이 무지개는 일반적인 무지개와 동일한 스펙트럼을 보여준다.

쌍둥이 무지개의 원인은 하늘에서 떨어지는 물방울 크기의 조합 때문인 것으로 여겨진다. 공기 저항으로 인해 빗방울은 떨어지면서 납작해지며, 납작해짐은 더 큰 물방울에서 두드러진다. 크기가 다른 빗방울이 있는 두 개의 비가 결합하면 각 비는 약간 다른 무지개를 생성하며, 이 무지개가 결합하여 쌍둥이 무지개를 형성할 수 있다.^[33]

수치 광선 추적 연구에 따르면 사진 속 쌍둥이 무지개는 0.40과 0.45 mm의 물방울 혼합으로 설명될 수 있다. 물방울 크기의 작은 차이는 물방울 모양의 납작해짐에 작은 차이를, 무지개 상단의 납작해짐에 큰 차이를 가져왔다.^[34]

한편, 세 개의 가지로 갈라진 무지개의 훨씬 더 희귀한 경우가 자연에서 관찰되고 사진으로 촬영되었다.^[35]

5. 4. 2. 완전한 원형 무지개

이론적으로 모든 무지개는 원이지만, 지상에서는 보통 윗부분의 절반만 보인다. 무지개의 중심은 하늘에서 태양의 위치와 정반대이며, 해가 지평선에 가까워질수록 원의 더 많은 부분이 보인다. 일반적으로 볼 수 있는 원의 가장 큰 부분은 일몰 또는 일출 시 약 50%이다.^[36]^[37] 무지개의 아랫부분을 보려면 관찰자의 지평선 ''아래''에 물방울이 있어야 하고, 햇빛이 그 물방울에 도달할 수 있어야 한다. 이러한 요구 사항은 관찰자가 지상에 있을 때는 충족되지 않는데, 물방울이 필요한 위치에 없거나 햇빛이 관찰자 뒤의 지형에 의해 가려지기 때문이다. 그러나 고층 건물이나 비행기와 같은 높은 지점에서는 이러한 요구 사항을 충족하여 완전한 원형 무지개를 볼 수 있다.^[38] 부분적인 무지개와 마찬가지로, 원형 무지개는 이중 무지개 또는 과잉 무지개를 가질 수도 있다.^[39] 예를 들어, 태양을 등지고 정원 호스에서 물안개를 뿌려 지상에서 완전한 원을 만들 수도 있다.

원형 무지개는 지름이 훨씬 작고 다른 광학적 과정에 의해 생성되는 글로리와 혼동해서는 안 된다. 적절한 상황에서는 글로리와 (원형) 무지개 또는 안개 무지개가 함께 나타날 수 있다. "원형 무지개"로 오해될 수 있는 또 다른 대기 현상은 22° 고리인데, 이는 액체 물방울이 아닌 얼음 결정에 의해 발생하며, 태양(또는 달)을 중심으로 위치하며 그 반대편에 위치하지 않는다.

비행기 주변의 공기가 수증기를 많이 포함하고 있는 경우에는 창문에서 아래로 360도 원환 모양의 무지개를 볼 수 있다. 운해를 넘는 높은 산에서도 아래로 무지개가 보이는 경우가 있다. 이 비행기나 운해의 무지개는 브로켄 현상에 의한 것으로, 빛의 회절로 나타난다. 일반적인 무지개나 호스의 물에 의한 무지개와는 원리가 다르다.^[99]

5. 4. 3. 과잉 무지개

특정 상황에서는 무지개의 보라색 가장자리에 인접하여 좁고 희미한 색상의 띠가 하나 또는 여러 개 보일 수 있는데, 주 무지개 안쪽이나 드물게는 부 무지개 바깥쪽에서 나타난다. 이러한 추가 띠를 '여분 무지개' 또는 '여분 띠'라고 부르며, 무지개와 함께 이 현상은 '스태커 무지개'라고도 한다.^[40] 여분 무지개는 주 무지개에서 약간 떨어져 있으며, 주 무지개에서 멀어질수록 점차 희미해지고, 일반적인 스펙트럼 패턴보다는 파스텔 색상(주로 분홍색, 보라색 및 녹색 음영으로 구성)을 띤다.^[40] 이 효과는 직경이 약 1mm 이하인 물방울이 관여할 때 뚜렷해진다. 물방울이 작을수록 여분 띠가 더 넓어지고, 색상의 채도가 낮아진다.^[41] 작은 물방울에서 기인하기 때문에, 여분 띠는 특히 안개 무지개에서 두드러지는 경향이 있다.^[42]

여분 무지개는 고전적인 기하 광학으로는 설명할 수 없다. 번갈아 나타나는 희미한 띠는 빗방울 내에서 약간 다른 경로를 따라 약간 다른 길이를 갖는 빛의 광선 간의 간섭에 의해 발생한다. 일부 광선은 위상이 일치하여 보강 간섭을 통해 서로 강화되어 밝은 띠를 형성하고, 다른 광선은 최대 반 파장만큼 위상이 어긋나 상쇄 간섭을 통해 서로 상쇄되어 틈을 만든다. 서로 다른 색상의 광선에 대한 굴절 각도가 다르기 때문에 간섭 패턴은 서로 다른 색상의 광선에 따라 약간 다르므로 각 밝은 띠는 색상으로 구별되어 미니 무지개를 만든다. 여분 무지개는 빗방울이 작고 균일한 크기일 때 가장 선명하게 나타난다. 여분 무지개의 존재는 역사적으로 빛의 파동 특성을 처음으로 나타내는 지표였으며, 최초의 설명은 1804년 토머스 영에 의해 제공되었다.^[43]

고 다이내믹 레인지로 촬영한 무지개와 주 무지개 안쪽에 부가적인 채도가 낮은 띠가 나타난다.

이 외에도 주홍의 아래쪽이나 부홍의 위쪽에 색깔이 있는 부분이 희미하게 보이는 경우가 있다. 이를 여분 무지개, 과잉 무지개 또는 간섭 무지개라고 한다. 이는 물방울이 일정 크기가 되었을 때, 태양광이 간섭하여 약해지거나 강해진 결과, 주홍의 안쪽에 가까운 곳에 빛이 강해지는 부분이 존재하기 때문이다.

5. 4. 4. 반사 무지개

무지개가 수면 위에 나타날 때, 서로 다른 광선 경로로 인해 수평선 아래와 위에 두 개의 보완적인 거울 무지개가 나타날 수 있다.

'''반사 무지개'''는 수평선 아래의 수면에서 나타날 수 있다.^[44] 햇빛은 먼저 빗방울에 의해 굴절된 다음, 관찰자에게 도달하기 전에 수면에 반사된다. 반사 무지개는 작은 물웅덩이에서도 부분적으로 자주 보인다.

'''반영 무지개'''는 햇빛이 빗방울에 도달하기 전에 수면에 반사될 때 만들어질 수 있는데, 이는 수면이 넓고 잔잔하며 비가 내리는 곳에 가까울 경우이다. 반사 무지개는 수평선 위에 나타난다. 이는 수평선에서 일반 무지개와 교차하며, 그 호는 하늘에서 더 높이 뻗어 있으며, 중심은 일반 무지개의 중심이 수평선 아래에 있는 만큼 수평선 위에 있다. 반사 무지개는 일반적으로 태양이 낮을 때 가장 밝게 보이는데, 이때 태양 빛이 수면에서 가장 강하게 반사되기 때문이다. 태양이 낮아질수록 일반 무지개와 반사 무지개는 더 가까워진다. 이러한 조건들의 조합 때문에 반사 무지개는 드물게 보인다.

반사 무지개와 반영 무지개가 동시에 발생하면 최대 8개의 개별 호를 구분할 수 있는데, 수평선 위의 일반(비반사) 주 무지개와 부 무지개(1, 2)와 그 아래의 반사된 대응 무지개(3, 4), 그리고 수평선 위의 반사 주 무지개와 부 무지개(5, 6)와 그 아래의 반사된 대응 무지개(7, 8)가 있다.^[45]^[46]

5. 4. 5. 단색 무지개

햇빛이 빗방울에 닿으면 빛의 일부는 반사되고 나머지는 빗방울로 들어간다. 빛은 빗방울 표면에서 굴절된다. 이 빛이 빗방울 뒤쪽에 닿으면 일부는 뒤쪽에서 반사된다. 내부적으로 반사된 빛이 다시 표면에 도달하면 다시 일부는 내부적으로 반사되고 일부는 물방울에서 빠져나가면서 굴절된다. 전체적인 효과는 입사하는 빛의 일부가 0°에서 42° 범위로 반사되어 약 42°에서 가장 강한 빛을 낸다는 것이다.^[20] 이 각도는 물방울의 크기와 무관하지만 굴절률에 따라 달라진다. 해수는 빗물보다 굴절률이 더 높으므로 바닷물 안개 속 "무지개"의 반경은 실제 무지개보다 작다. 이것은 이러한 무지개의 불일치로 육안으로 볼 수 있다.^[21]

반사된 빛이 약 42°에서 가장 강한 이유는 이 지점이 변곡점이기 때문인데, 간단히 말하면 42° 부근에서 빛이 가장 많이 반사된다고 이해하면 된다.

빛이 굴절되는 양은 파장, 즉 색상에 따라 달라진다. 이 효과를 분산이라고 한다. 청색광(더 짧은 파장)은 적색광보다 더 큰 각도로 굴절되지만, 물방울 뒤쪽에서 빛이 반사되기 때문에 청색광은 적색광보다 원래 입사하는 백색광선에 대해 더 작은 각도로 물방울에서 나옵니다. 이 각도로 인해 청색은 주 무지개 호의 안쪽에서 보이고, 적색은 바깥쪽에서 보인다.

가끔 해돋이나 해질녘에 짧은 파장의 파란색과 녹색이 산란되어 스펙트럼에서 제거되는 경우가 있다. 비로 인해 추가적인 산란이 발생할 수 있으며, 그 결과 드물고 극적인 '''단색''' 또는 '''붉은 무지개'''가 나타날 수 있다.^[47]

5. 4. 6. 고차 무지개

햇빛이 빗방울에 닿으면 빛의 일부는 반사되고 나머지는 빗방울로 들어간다. 빛은 빗방울 표면에서 굴절된다. 이 빛이 빗방울 뒤쪽에 닿으면 일부는 뒤쪽에서 반사된다. 내부적으로 반사된 빛이 다시 표면에 도달하면 다시 일부는 내부적으로 반사되고 일부는 물방울에서 빠져나가면서 굴절된다.^[20]

반사된 빛이 약 42°에서 가장 강한 이유는 이 지점이 변곡점이기 때문이다. 즉, 물방울의 가장 바깥쪽 고리에 닿는 빛은 42° 미만으로 반사되고, 중심에 더 가까운 물방울에 닿는 빛도 마찬가지이다. 약 42°에서 모든 빛이 반사되는 원형 띠가 있다. 빛이 굴절되는 양은 파장, 즉 색상에 따라 달라진다. 이 효과를 분산이라고 한다. 청색광(더 짧은 파장)은 적색광보다 더 큰 각도로 굴절되지만, 물방울 뒤쪽에서 빛이 반사되기 때문에 청색광은 적색광보다 원래 입사하는 백색광선에 대해 더 작은 각도로 물방울에서 나온다. 이 각도로 인해 청색은 주 무지개 호의 안쪽에서 보이고, 적색은 바깥쪽에서 보인다.^[20]

흔히 볼 수 있는 주 무지개와 부 무지개 외에도, 더 높은 차수의 무지개가 형성될 수 있다. 무지개의 차수는 무지개를 만드는 물방울 내부의 빛 반사의 횟수에 의해 결정된다. 한 번의 반사는 '''1차''' 또는 ''주'' 무지개를 만들고, 두 번의 반사는 '''2차''' 또는 ''부'' 무지개를 만든다. 더 많은 내부 반사는 더 높은 차수의 무지개를 생성하며, 이론적으로는 무한대까지 가능하다.^[48] 그러나 각 내부 반사마다 더 많은 빛이 손실되기 때문에 각 후속 무지개는 점차 더 희미해지고 따라서 발견하기가 점점 더 어려워진다. '''3차''' (또는 ''3차'') 및 '''4차''' (''4차'') 무지개를 관찰하는 데 추가적인 어려움은 태양의 방향(각각 태양으로부터 약 40° 및 45°)에 위치하여 태양의 눈부심에 묻히게 된다는 것이다.^[49]

이러한 이유로, 2차보다 높은 차수의 자연 발생 무지개는 육안으로는 거의 보이지 않는다. 그럼에도 불구하고, 자연에서 3차 무지개를 목격했다는 보고가 있었으며, 2011년에는 처음으로 사진으로 확정적으로 촬영되었다.^[50]^[51] 그 직후 4차 무지개도 사진으로 촬영되었으며,^[52]^[53] 2014년에는 '''5차''' (또는 ''5차'') 무지개의 최초 사진이 발표되었다.^[54] 실험실 환경에서는 훨씬 더 높은 차수의 무지개를 만들 수 있다. 펠릭스 빌레(1808–1882)는 19차 무지개까지의 각도 위치를 묘사했으며, 이를 "무지개 장미"라고 불렀다.^[55]^[56]^[57] 레이저에 의해 생성된 매우 밝고 잘 평행광으로 만들어진 빛을 사용하여 고차 무지개를 관찰할 수 있다. Ng 등은 1998년에 유사한 방법으로 아르곤 이온 레이저 빔을 사용하여 최대 200차 무지개를 보고했다.^[58]

5. 4. 7. 달 무지개

대부분의 대기 광학 현상과 마찬가지로 무지개는 태양 빛뿐만 아니라 달빛에 의해서도 발생할 수 있다. 달빛에 의해 발생하는 무지개는 '''달 무지개''' 또는 '''달무지개'''라고 불린다. 달무지개는 태양 무지개보다 훨씬 희미하고 희귀하며, 달이 거의 꽉 차 있어야 볼 수 있다.^[59] 같은 이유로 달무지개는 종종 흰색으로 인식되며 단색으로 여겨질 수 있다. 그러나 전체 스펙트럼은 존재하지만, 인간의 눈은 일반적으로 색상을 볼 만큼 민감하지 않다. 장시간 노출 사진은 이 유형의 무지개에서 색상을 보여주기도 한다.^[59]

달빛으로도 무지개가 생길 수 있는데, 이를 '''월홍'''(月虹, Moonbow^영어)이라고 한다. 월홍은 저공에 밝은 달이 있는 등 제한적인 조건에서만 볼 수 있다.^[99] 아리스토텔레스는 "무지개는 낮에 보이지만, 밤에도 달에 의해 생기는 무지개가 보이는 경우가 있다. 그러나 옛 사람들은 그런 것이 있다고 생각하지 않았다. 그것은 밤의 무지개는 드물게 보이기 때문이다. (생략) 어두운 곳에서는 색깔이 보이지 않고, 많은 조건이 일치해야만 볼 수 있다. 게다가 한 달 중 보름달이 뜨는 하루에, 달이 뜨고 지는 때에만 볼 수 있기 때문이다. 그래서 우리는 50년 넘는 세월 동안 단 두 번밖에 만나지 못했다."라고 썼다.^[99]

5. 4. 8. 안개 무지개

안개 무지개는 일반적인 무지개와 같은 방식으로 형성되지만, 매우 작은 구름과 안개 방울에 의해 만들어진다. 이 작은 방울들은 빛을 넓게 회절시켜 색상이 뚜렷하게 분리되지 않고 겹쳐 보이게 만든다. 그래서 안개 무지개는 주로 흰색으로 보이며, 바깥쪽 가장자리에 희미한 붉은색, 안쪽 가장자리에 파란색이 나타나기도 한다. 때로는 여러 개의 넓은 추가 띠가 안쪽 가장자리 안에서 관찰되기도 한다.^[60]

안개 무지개는 차가운 물과 접촉하는 공기가 냉각될 때 물 위에서 자주 볼 수 있다. 하지만 햇빛이 통과할 수 있을 정도로 안개가 얇고 햇빛이 충분히 밝다면 어디에서나 나타날 수 있다. 안개 무지개는 일반 무지개만큼 크고 훨씬 넓으며, 때로는 활의 중심에 글로리가 함께 나타나기도 한다.^[60]

안개 무지개는 매우 흔하며, 얼음 후광과 혼동되기도 하지만, 이 둘은 관련이 없다.^[61]

물방울의 크기가 매우 작아져서 (반지름 0.025 밀리미터 이하) 색깔 구별이 되지 않고 희고 밝은 반원 형태로 보이는 경우를 '''백홍'''(白虹, 시로니지, 핫코)이라고도 부르며, 안개나 구름을 구성하는 물방울에서 자주 관찰되기 때문에 안개 무지개나 구름 무지개라고도 불린다.^[99]

5. 4. 9. 수평호와 천정호

천정호와 수평호는 무지개와 겉모습이 비슷한 두 가지 광학 현상이다. 하지만 무지개와 달리 액체 물방울이 아닌 육각형 얼음 결정을 통해 빛이 굴절되어 나타난다. 이는 무지개가 아닌, 큰 고리 집합의 구성원임을 의미한다.^[63]^[64]

두 호 모두 천정을 중심으로 하는 밝은 색상의 고리 조각이지만, 하늘에서 위치가 다르다. 천정호는 특히 곡선으로 태양(또는 달) 위에 높이 위치하며 볼록한 면이 아래를 향하고("거꾸로 된 무지개"처럼 보인다) 수평호는 지평선에 훨씬 더 가깝게 위치하며, 더 직선이며 태양(또는 달) 아래 상당한 거리에 있다. 두 호 모두 붉은색 면이 태양을 향하고 보라색 면이 태양에서 멀어지므로 천정호는 하단이 붉은색이고, 수평호는 상단이 붉은색이다.^[63]^[64]

수평호는 때때로 "불 무지개"라고 잘못 불리기도 한다. 수평호를 보기 위해서는 태양 또는 달이 지평선 위 58° 이상이어야 하므로 고위도에서는 드물게 나타난다. 태양 또는 달의 고도가 32° 미만일 때만 보이는 천정호는 훨씬 더 흔하지만, 거의 머리 위에 나타나므로 종종 놓치기 쉽다.

6. 무지개 색의 수와 문화

사람들이 흔히 기억하는 무지개 색 순서는 아이작 뉴턴이 제시한 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라색의 7가지 색상이다.^[9] 이 순서는 'Richard Of York Gave Battle In Vain' 또는 가상의 인물 이름(Roy G. Biv)과 같은 기억술로 기억된다. 현대에는 빨강, 주황, 노랑, 초록, 시안, 파랑, 보라색으로 나누기도 한다.^[13]

뉴턴은 처음에 빨강, 노랑, 초록, 파랑, 보라색의 5가지 색상으로 스펙트럼을 나누었으나,^[8] 나중에 주황과 남색을 추가하여 7가지 색상을 제시했다.^[9] 이는 음계의 음표 수와 유사하게 7개의 주요 색상을 맞추기 위한 것이었다.^[9] 뉴턴은 색상, 음표, 태양계의 알려진 물체, 요일 사이에 연결 고리가 있다고 생각한 고대 그리스 궤변가들의 믿음을 따랐다.^[11]^[12] 그러나 학자들은 뉴턴의 "파랑"은 오늘날 시안에 가깝고, "남색"은 파랑에 해당한다고 지적한다.^[7]^[13]^[14]

뉴턴의 첫 번째 색상	뉴턴의 후기 색상	현대적 해석
빨강	빨강	빨강
노랑	주황	주황
초록	노랑	노랑
파랑	초록	초록
보라	파랑	시안
	남색	파랑
	보라	보라

무지개 색상의 수는 지역, 민족, 시대에 따라 다르다. 일본에서는 전통적으로 7색으로 인식되었지만, 미국이나 영국에서는 지역에 따라 6색, 독일이나 중국에서는 5색으로 인식되기도 한다. 파푸아뉴기니 등에서는 2색으로 인식하는 경우도 있다. 인도네시아 플로레스섬 지역처럼 스펙트럼 순서와 다르게 무지개 색을 인식하는 경우도 많다.

짐바브웨의 쇼나어 사용자는 무지개를 3색, 라이베리아의 바사어|Bassa language^bqv 사용자는 2색으로 인식한다.^[114] 이는 무지개 색 인식이 과학의 문제가 아니라 문화의 문제임을 보여준다.

6. 1. 한국

한국에서는 전통적으로 무지개를 뉴턴의 7가지 색상 구분에 따라 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라색으로 인식해 왔다.^[9]Newton designated seven major colors of the spectrum|뉴턴은 스펙트럼의 일곱 가지 주요 색상인 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라색을 지정했다.|^영어.^[7] 이러한 인식은 막부 말기부터 메이지 초기 서양 과학의 도입과 함께 확산되었다.^[111] 스즈키 타카오는 『일본어와 외국어』(1990년)에서 "일본인에게는 무지개의 색은 옛날부터 일곱 색으로 정해져 있다"고 언급했지만,^[111] 이타쿠라는 이를 비판하며, "무지개가 일곱 색깔"이라고 말하게 된 것은 서양 과학이 도입된 이후임을 밝혔다.^[10]^[12]

메이지 이후 일본 학교 교육에서는 서양에서 전래된 자연과학 입문서의 영향으로 "무지개 색은 일곱 색깔"이라고 가르쳤다.^[15] 리각초보와 같은 번역된 서적에도 "무지개 색은 Violet, indigo, blue, green, yellow, orange, red의 일곱 색깔"이라고 명시되어 있었다.^[15]

1938년부터 1949년까지 미국의 초등학교 과학 교과서에서는 무지개를 일곱 색으로 가르쳤으나, 버사 모리스 파커(Bertha Morris Parker)의 영향으로 여섯 색으로 바뀌었다.^[112] 파커는 남색이 파란색이나 보라색과 구별하기 어렵다는 점을 지적하며, "무지개는 일곱 색이 아니라 여섯 색으로 생각하는 것이 좋다"고 가르쳤다.^[25] 제2차 세계 대전 후, 문부성이 만든 교과서는 파커의 영향을 받지 않고 무지개를 7색으로 유지했다.^[28]

1917년 곤도 고조^[113]는 『일용 물리학 강의』에서 "스펙트럼은 6색으로 대별하는 것이 좋다"고 주장했다.^[2] 그는 파란색과 자색 사이에 남색을 넣는 것은 색을 너무 세분화하는 것이므로, 남색을 제외하고 6색으로 하는 것이 좋다고 생각했다.^[3]

도호쿠 제국대학의 물리학 교수 아이치 케이이치는 계몽서에서 "무지개는 6색"이라고 썼지만, 이후 "무지개는 7색" 설을 반복하기도 했다.^[5] 1942년의 계몽서에서는 분무기로 만든 무지개의 색을 아이에게 세게 하는 과정에서, 처음에는 6색으로 말하게 하고, 어른이 "더 진한 파랑"을 "남색"이라고 가르쳐 7색으로 만들기도 했다.^[10]

일본의 분광학 전문가가 스펙트럼의 인식을 바꾼 것은 1947년 나카무라 세이지의 『나카무라 물리학·상권』으로, "색의 수를 셀 수는 없다"면서도 6색을 제시했다.^[31] 1952년 무렵까지 6색으로의 전환이 이루어졌지만, 당시의 검정 교과서에서는 대부분 무지개를 7색으로 표기했다.^[32]

최근에는 한국에서도 무지개를 6색으로 인식하는 경우가 늘고 있다.

6. 2. 서양

아이작 뉴턴 이전에는 서양에서 무지개 색깔에 대한 통일된 인식이 없었다.^[9] 뉴턴은 처음에 빨강, 노랑, 초록, 파랑, 보라색의 5가지 주요 색상으로 나누었다가,^[8] 나중에 주황과 남색을 추가하여 음계의 음표 수와 유사하게 7가지 주요 색상을 제시했다.^[9] 뉴턴이 가시광선 스펙트럼을 7가지 색으로 나눈 것은 고대 그리스 궤변가들의 믿음에서 비롯된 것으로, 색상, 음표, 태양계의 알려진 물체, 요일 사이에 연결 고리가 있다고 생각했다.^[11]^[12]

뉴턴의 7색설은 널리 퍼졌지만, 현대에는 남색을 제외하고 6가지 색으로 인식하는 경우가 많다.^[7] 학자들은 뉴턴이 "파랑"이라고 여겼던 것이 오늘날 시안으로 여겨질 것이고, 뉴턴이 "남색"이라고 불렀던 것이 오늘날 파랑으로 여겨질 것이라고 지적한다.^[7]^[13]^[14] 특히 미국에서는 남색을 제외한 6색(ROY G. B)으로 가르치는 경우가 일반적이다. 1948년 이후 미국의 교과서에는 버사 모리스 파커(Bertha Morris Parker)의 영향으로 "무지개는, 청록색은 없는 여섯 색"이라는 견해가 반영되었다.^[112]

뉴턴의 첫 번째 색상	뉴턴의 후기 색상	현대적 해석
빨강	빨강	빨강
노랑	주황	주황
초록	노랑	노랑
파랑	초록	초록
보라	파랑	시안
	남색	파랑
	보라	보라

1700년대 - 1800년대의 색채학자들은 뉴턴의 "무지개는 일곱 색" 설을 부정하고 여섯 색 설을 주장했다.^[111] 메이지 시대 중반까지 일본의 색채학자들 사이에서도 뉴턴의 7색설은 오류이며, 무지개는 여섯 색으로 하는 것이 좋다고 여겨졌다.^[111] 그러나 제2차 세계 대전 후, 일본의 문부성이 만든 이과 교과서는 버사 모리스 파커의 단원별 교과서를 모델로 했지만, 무지개는 7색으로 파커 등의 생각은 계승하지 않았다.^[112]

6. 3. 다양한 문화권

아이작 뉴턴이 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라색의 7가지 색상으로 무지개를 정의한 이후, 많은 문화권에서 무지개를 7색으로 인식해왔다.^[9] 그러나 무지개 색에 대한 인식은 문화권마다 다르다.

예를 들어, 독일이나 중국에서는 무지개를 5색( 빨강, 주황, 노랑, 녹색, 파랑)으로 인식한다. 파푸아뉴기니 등에서는 무지개를 2색( 빨강, 검정)으로 보기도 한다. 이처럼 무지개 색깔 수는 문화와 언어에 따라 다르게 나타난다.^[19]

다양한 문화권에서의 무지개 색 인식
문화권	색상
일본	빨강, 주황, 노랑, 녹색, 파랑, 남색, 보라 (7색)
미국, 영국	빨강, 주황, 노랑, 녹색, 파랑, 보라 (6색, 지역에 따라 다름)
독일, 중국	빨강, 주황, 노랑, 녹색, 파랑 (5색)
파푸아뉴기니 등	빨강, 검정 (2색)

인도네시아 플로레스섬에서는 무지개를 빨강 바탕에 노랑, 녹색, 파랑 줄무늬가 있는 것으로 인식하기도 한다. 이처럼 스펙트럼 순서와 다르게 무지개 색을 인식하는 경우도 있다.

짐바브웨의 쇼나어 사용자는 무지개를 3색으로, 라이베리아의 바사어|Bassa language^bqv 사용자는 2색으로 인식하는 등, 언어에 따라서도 무지개 색 인식은 다르게 나타난다.^[114]

7. 무지개와 관련된 표현 및 상징

무지개는 여러 문화권에서 긍정적인 의미로 사용되어 왔으며, 예술 작품에도 자주 등장한다. 노아의 홍수 이야기에서 무지개는 신의 약속을 상징하며,^[92] 북유럽 신화에서는 비프로스트라는 무지개 다리가 인간 세계와 신들의 세계를 연결한다. 그리스 신화의 여신 이리스는 무지개의 화신이자 메신저 역할을 한다.^[93]

프레더릭 에드윈 처치의 ''나이아가라''(1857)는 나이아가라 폭포의 말발굽 폭포에서 보이는 무지개를 묘사하고 있다.

문장학에서 무지개는 4가지 색(은색, 빨간색, 금색, 녹색)으로 표현되며, 그 끝은 구름 위에 있다.^[95] 무지개 깃발은 협동조합 운동, 평화, LGBT 프라이드 등 다양한 상징으로 사용되어 왔다. 특히 LGBT 프라이드 무지개 깃발은 1978년 길버트 베이커에 의해 디자인되었으며,^[96] 데스몬드 투투와 넬슨 만델라는 남아프리카 공화국을 무지개 국가로 묘사하기도 했다.

이 외에도, 무지개는 여러 문화권에서 다양한 의미를 지닌다.

콜롬비아의 무이스카족은 쿠차비라라는 무지개 신에게 금, 달팽이, 에메랄드 등을 바쳤다.
일부 티베트 불교에서는 무지개 몸이라는 개념이 존재한다.^[92]
아일랜드 레프러콘 전설에서는 무지개 끝에 금 단지가 있다고 한다.
알바니아 민간 신앙에서는 무지개가 여신 프렌데의 허리띠로 여겨지며, 무지개를 넘으면 성별이 바뀐다는 전설이 있다.^[94]
많은 문화권에서 무지개를 가리키는 것은 금기시되었다.^[97]
사우디 아라비아 등 일부 국가에서는 동성애를 조장한다는 이유로 무지개색 물품 판매를 금지한다.^[98]
아이누 민족은 무지개를 마물로 여겨 두려워했다.^[118]

한국어 표현으로는 '홍예(虹霓)', '천궁(天弓)' 등이 있으며, 중국에서는 무지개를 용의 모습으로 보기도 한다. 중세 일본에서는 무지개가 뜨는 곳에 시장을 열었는데,^[116] 이는 무지개가 하늘과 땅을 연결하는 다리라는 생각에 기반한 것이다.^[117]

7. 1. 디자인

디자인에서 무지개처럼 다양한 색을 규칙적으로 배열하는 기법이 활용된다. 이때 규칙적으로 배열된 색을 "무지개색"이라고 부른다.^[121]

UCI 트랙 세계 선수권 대회 우승자만이 착용할 수 있는 무지개 져지(영어로 "레인보우 저지"라고도 함)는 1927년부터 이어져 온 전통으로, "다섯 대륙"을 의미하는 무지개가 디자인으로 사용되고 있다. 우승자는 평생 유니폼 등의 일부에 무지개색 디자인을 사용할 수 있다.

1960년대 이탈리아에서 고안된 "평화의 깃발"로서의 무지개 깃발은 2003년 이라크 전쟁 전후에 세계 각지에서 사용되었다.

직접 민주주의의 실현을 목표로 한 헝가리의 인터넷 민주당(2004년 - 2010년)은 무지개를 상징으로 채택했다.

7. 2. 상징

무지개는 신화에서 자주 등장하며, 예술에서도 사용되어 왔다. 노아의 홍수 이야기를 다룬 창세기 9장에는 하나님이 다시는 전 지구적 홍수로 세상의 모든 생명을 파괴하지 않겠다는 언약의 징표로 무지개가 나타난다.^[92] 북유럽 신화에서 무지개 다리 비프로스트는 인간의 세계 (미드가르드)와 신들의 영역 (아스가르드)을 연결한다. 그리스 신화에서 여신 이리스는 무지개의 화신으로, 인간 세계와 신들을 메시지로 연결하는 메신저 여신이다.^[93]

문장학에서 무지개는 4개의 색 띠(은색, 빨간색, 금색, 녹색)로 구성되며, 그 끝은 구름 위에 놓여 있다.^[95]

무지개 깃발은 수세기 동안 사용되어 왔다. 16세기 독일 농민 전쟁에서 협동조합 운동의 상징이었고, 이탈리아에서는 평화의 상징이었으며, LGBT 프라이드와 LGBT 사회 운동의 상징으로 사용되기도 한다. LGBT 프라이드 무지개 깃발은 1978년 길버트 베이커가 디자인한 이후 6월 프라이드 달과 함께 사용되었다.^[96] 1994년, 데스몬드 투투 대주교와 넬슨 만델라 대통령은 새롭게 민주화된 아파르트헤이트 이후의 남아프리카 공화국을 무지개 국가로 묘사했다.

무지개는 다양한 색을 포함하지만, 그 모든 색이 태양의 백색광에서 분리된 것이며, 각 색 사이에 명확한 경계를 긋는 것도 불가능하다는 특성 때문에, '다양성'과 '공존'의 상징으로 쓰인다. 1978년에 성(性)의 다양성과 공존이라는 의미에서 LGBT의 상징으로도 사용되게 되었다. 2000년대 이후에는 미국 외에도 이 의미가 널리 퍼졌다. (무지개 깃발^[122]).

무지개에는 "행운의 조짐"이나 "소원을 이루어주는 존재"라는 의미가 있다.^[121]

스포츠계에서는 UCI 트랙 세계 선수권 대회 우승자만이 착용할 수 있는, 1927년 이래의 전통인 무지개 져지(영어로 "레인보우 저지"라고도 함)에도 "다섯 대륙"을 의미하며, 디자인으로서 무지개가 사용되고 있다.

8. 무지개 관련 전설

한자어로 '무지개'를 뜻하는 표현에는 홍예(虹霓), 천궁(天弓) 등이 있다. 고대 그리스(기원전 300년경까지), 중국(서기 1000년경까지), 일본(서기 1200년경까지)에서는 무지개를 살아있는 생물로 여겼다. 그러나 이후 많은 학자들이 무지개가 생물이 아니라고 주장하면서 이러한 믿음은 사라졌다.^[99]

중국에서는 뱀이나 개구리처럼 '벌레 충'(蟲) 자를 써서 '虹'(홍)으로 무지개를 표현했다. '霓'(예)라는 글자도 사용했는데, '虹'은 수컷 무지개, '霓'는 암컷 무지개를 의미했다.^[99] 또한, 고대 중국의 예기 "월령"에는 "무지개는 3월에 나타나 10월에 사라진다"는 기록이 있어, 무지개를 봄에 나타나 가을에 사라지는 벌레나 뱀처럼 생각했음을 알 수 있다. 겨울에 비가 적은 지역에서는 이러한 현상이 실제로 관찰되었을 것으로 보인다.^[99]

영어권에서는 무지개를 "레인보우(rainbow)"라고 부르는데, 이는 "레인(rain)=비"와 "보우(bow)=활"이 합쳐진 단어이다. 동서양을 막론하고 아주 옛날부터 "무지개는 비의 아이, 비가 만들어내는 것, 비를 아주 좋아하는 생물"이라고 생각했다.^[99]

기독교에서는 무지개를 "신과의 계약", "약속의 징표"로 여긴다(창세기 9장 16절).

중국에는 무지개를 용의 모습으로 보는 전설이 있다. 광둥성 증성시에서는 '''용홍'''이라고 부르며, 타이산시에서는 "광둥 웍 손잡이의 용"을 의미하는 '''鑊耳龍^중국어'''이라고 부른다.

중세 일본에서는 무지개가 보이는 곳에 시장을 열었다.^[116] 이는 시장이 천계나 명부와 같은 다른 세계와 속세의 경계에 세워진다는 생각에 따른 것이다.^[116] 묘지에 시장이 열린 것도 같은 이유이며,^[116] 가키노모토노 히토마로가 죽은 아내를 그리워하며 "가루의 시장"에 간 것도 이러한 생각에 기반한다.^[116] 베개 책에는 "오후사의 시장"(=무지개 시장)이 등장하며, 중세 서적이나 귀족 일기에도 무지개가 서는 곳에 시장을 열어야 한다는 관념이 확인된다.^[116] 이는 무지개가 하늘과 땅을 잇는 다리이자 신들이 내려오는 장소이며, 이를 맞이하는 행사로 시장이 열렸다고 여겨졌기 때문이다.^[117] 또한 중세 귀족들은 무지개가 나타나면 음양도의 천문 박사에게 길흉을 점치게 했다.^[116] 브로니스와프 말리노프스키는 서태평양 트로브리안드 제도의 클라 부족 간 교환 의식 때 주술사가 무지개를 부르는 주술을 읊는 사례를 보고했는데, 이는 무지개와 원시적 시장의 관계가 오래되었음을 보여준다.^[117]

무지개 끝에는 보물이 있다는 전설도 있다.

한편, 아이누 민족은 무지개를 '라요치'라 부르며 마물로 여겨 두려워했다. 나카가와 유타카는 아름다운 것에 마물이 끌린다는 생각과 관련이 있다고 지적한다.^[118]

9. 비슷한 대기 광학 현상

브로켄 현상과 광환은 관찰자를 중심으로 태양과 정반대 방향으로 생긴다. 무지개처럼 색깔이 나뉘며, 물방울에 의해 일어나지만, 빛이 물방울 안을 통과하는 메커니즘이 다르다.^[99]

햇무리는 태양 주위에 생기며, 무지개와 마찬가지로 색깔이 나뉘지만, 빙정(氷晶)에 의해 일어난다는 점이 다르다. 광환은 태양 주위에 생기며, 색깔 나뉨은 거의 없고, 빛이 회절하면서 일어난다. 채운은 구름에 겹쳐서 보이며, 생기는 위치는 다양하다. 색깔 나뉨은 거의 없고, 빛이 회절하면서 일어난다.

이 외에 환수평호, 환천정호, 외접할로, 환일 등 무지개처럼 색깔이 나뉘는 현상이 다수 있다.

10. 별 무지개

별 무지개(starbow^영어)는 광속에 가깝게 이동하는 우주선에서 별하늘을 바라볼 때, 도플러 효과와 특수 상대성 이론의 효과로 인해 별의 겉보기 위치가 진행 방향 전방으로 이동하고, 진행 방향을 중심으로 한 동심원상으로 별의 색이 변화하여 무지개처럼 보이는 현상이라고 알려져 있다. 영어의 스타보우(starbow)는, 비가 만드는 활 모양인 rainbow에서, 별이 만드는 활 모양이라는 의미로 만들어진 조어이며, 별 무지개는 그 직역어이다.

구급차의 사이렌이나, 전철 내에서 듣는 건널목의 경보 등, 음원으로부터의 거리가 연속적으로 변화하면서 주파수가 압축·연신되어 소리가 왜곡되어 들리는 현상(도플러 효과)은 일상적으로 체감할 수 있다. 이와 마찬가지로, 상대적으로 접근하고 멀어져 가는 별들로부터, 비행 중인 우주선을 향해 날아오는 빛의 파장이 압축·연신됨으로써 색이 왜곡되어 보이기 때문에, 전체가 무지개처럼 색을 띠어 눈에 비치는 것이 아닐까 하는 가설이다.

그러나 모든 항성 등으로부터의 빛이 모두 단일 파장이라면 빨강에서 보라색까지 뚜렷하게 색이 나뉜 무지개로 보이겠지만, 실제로는 다양한 별들이 다양한 파장의 빛을 방출하고 있기 때문에, 일곱 색으로 나뉜 일반적인 무지개처럼 보이지는 않는다. 별의 스펙트럼을 흑체 복사로 가정하여 도플러 효과에 의한 색 변화를 검증한 과학 논문^[119]에 따르면, 도플러 효과에 의한 색 변화는 별 온도 변화와 마찬가지이며 무지개나 도넛 모양도 되지 않는다는 것이 나타났다. 시뮬레이션 소프트웨어^[120]로 재현한 경우에도 진행 방향으로 밝고 푸르스름해지며, 측면, 후방의 별은 붉고 어두워지는 색 변화는 관측되지만 별 무지개는 나타나지 않는다.

별 무지개는 아광속으로 비행할 수 있는 우주선이 실제로 존재한다고 가정했을 경우에만 관측이 가능한 공상 과학상의 현상이며, 현대의 과학 기술로는 그러한 우주선은 아직 이론상에도 나타나지 않았다.

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