빛기둥
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1. 개요
빛기둥은 얼음 결정과 빛의 상호 작용으로 발생하는 대기 현상으로, 광원 위나 아래에 수직으로 뻗어 보이는 기둥 형태를 띤다. 주로 육각형 판 모양의 얼음 결정이 공중에서 수평으로 정렬되어 빛을 반사하면서 나타나며, 태양, 달, 인공 조명 등 다양한 광원에서 발생할 수 있다. 태양에서 발생하면 태양주, 달에서 발생하면 월주라고 불리며, 지상의 광원에서 발생할 경우 광주 또는 라이트 필러로 불린다. 미야자와 겐지의 동화 《은하철도의 밤》에 등장하는 '날씨 수레바퀴의 기둥' 역시 빛기둥을 모티브로 한 것으로 알려져 있다.
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| 빛기둥 | |
|---|---|
| 현상 개요 | |
| 정의 | 공기 중의 얼음 결정에 의해 빛이 반사되어 나타나는 기상 현상 |
| 다른 이름 | 광주(光柱) |
| 영어 명칭 | Light pillar, sun pillar |
| 일본어 명칭 | 太陽柱 (たいようちゅう, taiyōchū) |
| 발생 조건 | |
| 얼음 결정 형태 | 주로 육각 판상 또는 기둥 모양의 얼음 결정 |
| 대기 상태 | 기온이 낮고 습도가 높은 조건 대기 중에 떠다니는 얼음 결정이 있어야 함 |
| 빛의 근원 | 태양, 달, 또는 인공 조명 (가로등, 자동차 헤드라이트 등) |
| 현상 특징 | |
| 모양 | 빛기둥 형태로 빛이 수직으로 뻗어 나가는 모습 빛의 근원 위나 아래로 나타남 |
| 색깔 | 빛의 근원에 따라 다름 (태양광은 흰색 또는 약간 노란색, 인공 조명은 해당 조명 색상) |
| 지속 시간 | 비교적 짧은 시간 동안 나타났다가 사라짐 (수 분 ~ 수십 분) |
| 유사 현상 | |
| 해무리/달무리 | 얼음 결정에 의해 빛이 굴절되어 나타나는 현상 (태양이나 달 주변에 원형 고리가 생김) |
| 무지개 | 물방울에 의해 빛이 굴절 및 반사되어 나타나는 현상 |
| 기타 | |
| 관측 장소 | 추운 지역 (극지방, 고산 지대 등) 겨울철 또는 기온이 낮은 날씨 조건에서 관측 가능 |
| 관련 용어 | 대기광학 기상 현상 얼음 결정 |
2. 형성 원리
빛기둥은 얼음 결정과 빛의 상호 작용으로 발생하며, 원반과 같은 부류에 속한다. 광선과 달리 빛기둥은 광원 위나 아래에 물리적으로 위치하지 않는다. 수직선으로 보이는 것은 얼음 결정에서 반사된 빛이 모여 생기는 광학 착시 현상이다. 공통 수직면에 있는 결정만이 빛을 관찰자에게 직접 반사한다(그림 참조). 이는 수면에서 광원을 보는 것과 유사한데, 물 표면의 잔물결이 광원을 여러 방향으로 반사하고 관찰자를 향하는 잔물결들이 합쳐져 광원을 가리키는 밝은 선을 형성하기 때문이다.[5]
구름 속에 있는 육각 판상 결정은 바람이 약할 경우, 낙하 시 공기 저항(항력) 때문에 지면에 대해 거의 수평으로 떠다닌다. 이 판상 결정 표면에서 태양 광선이 반사되어 태양의 허상이 나타나는데, 이것이 바로 빛기둥이다. 빛기둥의 중심은 태양과 지평선 사이에서 대칭을 이루는 위치, 즉 지평선 아래에 있으며, 결정이 수평에서 벗어나는 정도에 따라 상하로 넓게 보인다.
빛기둥은 굴절이 없는 단순 반사로 인해 분광되지 않고, 태양 등 광원의 색(저녁놀이라면 오렌지색 등)을 그대로 띤다.[7] 구름 속 결정에 의한 빛기둥이나 광주(光柱)는 권층운이나 고층운에서 주로 나타나는데, 이는 결정이 층상으로 고르게 분포되어 깨끗하게 보이기 때문이다. 반면 권운, 권적운, 고적운 등에서는 빛이 끊어져 잘 보이지 않는다.
영하 10~20도 이하의 공기 중에서 발생하는 다이아몬드 먼지에서도 비슷한 현상이 일어난다. 빛기둥은 추운 지방뿐만 아니라 계절에 관계없이 각지에서 관측될 수 있는데, 이는 여름에도 상공의 구름은 결정으로 구성되어 있고, 결정 구름 아래에 빛을 가리는 다른 구름이 없으면 관측 가능하기 때문이다.
2. 1. 결정의 역할
빛기둥은 얼음 결정과 빛의 상호 작용으로 발생하며, 원반과 같은 부류에 속한다. 빛기둥을 만드는 결정은 보통 평평한 육각형 판 모양이며, 공중에서 떨어질 때 거의 수평으로 정렬되는 경향이 있다. 각 조각은 광원을 반사하는 작은 거울 역할을 하며(그림 참조), 다양한 높이에 있는 조각들이 반사를 수직으로 길게 늘여 기둥 모양으로 만든다. 결정이 크고 많을수록 이 효과는 더 뚜렷해진다. 드물게 기둥 모양 결정도 빛기둥을 만들 수 있다.[3] 매우 추운 날씨에는 얼음 결정이 지면 가까이 떠 있을 수 있으며, 이를 다이아몬드 먼지라고 부른다.[4]2. 2. 다이아몬드 먼지
매우 추운 날씨에는 얼음 결정이 지면 근처에 떠 있을 수 있는데, 이 경우 이를 다이아몬드 먼지라고 한다.[4] 일본에서는 겨울철 홋카이도 등에서 볼 수 있다.[8]3. 종류
빛기둥에는 다음과 같은 종류가 있다.
- 태양주 (Sun pillar): 태양 광선이 구름 속 육각 판상 결정에 반사되어 나타나는 현상이다. 주로 일출이나 일몰 시에 관측된다.
- 월주 (Moon pillar): 달빛이 얼음 결정에 반사되어 나타나는 현상으로, 태양주와 유사하다. moon pillar|문 필러영어라고도 한다.
- 광주 (Light pillar): 지상의 가로등이나 어선의 집어등과 같은 인공 광원이 얼음 결정에 반사되어 나타나는 현상이다.
3. 1. 태양주 (Sun pillar)
빛기둥은 구름 속 육각 판상 결정이 바람이 약할 때, 낙하 시 공기 저항(항력) 때문에 지면에 대해 거의 수평으로 떠다니면서 생긴다. 이 때, 거의 수평으로 떠다니는 판상 결정의 표면에서 태양 광선이 반사되어 태양의 허상으로 보이는 것이 '''빛기둥'''이다. 빛기둥의 중심은 태양과 지평선 사이에서 대칭의 위치, 즉 지평선 아래에 있으며, 결정의 수평으로부터의 어긋남 때문에 상하로 넓게 보인다.
굴절이 없는 단순한 반사 때문에 분광되지 않고, 태양 등의 광원의 색(저녁놀이라면 오렌지색 등)으로 빛난다.[7]
구름 속 결정에 의한 빛기둥이나 광주(후술) 등은 권층운이나 고층운일 때가 많다. 이는 결정이 층상으로 고르게 분포되어 깨끗하게 보이기 때문이며, 권운, 권적운, 고적운 등에서는 빛이 끊어져 잘 보이지 않는다.
영하 10~20도 이하의 공기 중에서 발생하는 다이아몬드 더스트에서도 비슷한 현상이 일어난다. 일본에서는 겨울철 홋카이도 등에서 볼 수 있다.[8]
추운 지방에서 추운 시기뿐만 아니라, 계절에 상관없이 각지에서 볼 수 있다. 이는 여름에도 상공의 구름은 결정으로 구성되어 있기 때문이며, 결정의 구름 아래에 빛을 가리는 다른 구름이 없으면 관측할 수 있다. 태양의 고도가 높을 경우, 반사를 일으키는 빙정을 포함한 구름이 지평선 아래에 위치해야 하기 때문에, 이 반사광을 관측하기는 어렵다. 이러한 조건은 비행기나 고산 등에서만 가능하다. 따라서, 태양주는 일반적으로 일출 또는 일몰 시에만 관측된다. 태양의 고도가 높은 경우에 비행기나 고산에서 보이는 반사광은 태양과 떨어져 있으며, 태양과 지평선을 사이에 두고 대칭적인 위치에서 관측되므로, 채일이라는 다른 현상명으로 불린다.
3. 2. 월주 (Moon pillar)
달빛으로도 태양 기둥과 유사한 현상이 일어나며, 이를 '''월주'''(月柱, moon pillar|문 필러영어)[9][10][11]) 또는 '''월광주'''[12]라고 부른다.3. 3. 광주 (Light pillar)
빛기둥은 얼음 결정과 빛의 상호 작용으로 발생하므로 원반과 같은 부류에 속한다. 빛기둥을 생성하는 결정은 일반적으로 평평한 육각형 판으로 구성되며, 공중에서 떨어질 때 대체로 수평으로 정렬되는 경향이 있다. 각 조각은 적절한 위치에 있는 광원을 반사하는 작은 거울 역할을 하며(그림 참조), 다양한 고도에 있는 조각들의 존재는 반사를 수직으로 길게 늘여 기둥 모양으로 만든다. 결정이 더 크고 많을수록 이 효과는 더욱 두드러진다. 드물게는 기둥 모양의 결정도 빛기둥을 발생시킬 수 있다.[3] 매우 추운 날씨에는 얼음 결정이 지면 근처에 떠 있을 수 있는데, 이 경우 이를 다이아몬드 먼지라고 한다.[4]
광선과 달리 빛기둥은 광원 위나 아래에 물리적으로 위치하지 않는다. 수직선으로 보이는 것은 얼음 결정에서 반사된 빛이 모여 생기는 광학 착시이며, 공통 수직면에 있는 결정만이 빛을 관찰자에게 직접 반사한다(그림 참조). 이는 수면에서 광원을 보는 것과 유사하다. 물 표면의 잔물결은 광원을 여러 방향으로 반사하며, 관찰자를 향하는 잔물결들이 합쳐져 광원을 가리키는 밝은 선을 형성한다.[5]
구름 속에 육각 판상 결정이 있으며, 바람이 약할 경우, 이러한 결정은 낙하 시 공기 저항(항력) 때문에 지면에 대해 거의 수평으로 떠다닌다. 이 거의 수평으로 떠다니는 판상 결정의 표면에서 태양으로부터의 광선이 반사되어 태양의 허상으로 보이는 것이 빛기둥이다. 빛기둥의 중심은 태양과 지평선을 사이에 두고 대칭의 위치, 즉 지평선 아래에 있으며, 결정의 수평으로부터의 어긋남 때문에 그 상하로 넓게 보인다.
굴절이 없는 단순한 반사 때문에 분광하지 않고, 태양 등의 광원의 색(저녁놀이라면 오렌지색 등)으로 빛난다.[7]
구름 속 결정에 의한 빛기둥이나 광주(光柱) 등은 권층운이나 고층운일 때가 많다. 이는 결정이 층상으로 고르게 분포되어 깨끗하게 보이기 때문이며, 권운, 권적운, 고적운 등에서는 빛이 끊어져 잘 보이지 않는다.
영하 10~20도 이하의 공기 중에서 발생하는 다이아몬드 더스트에서도 비슷한 현상이 일어난다. 일본에서는 겨울철 홋카이도 등에서 볼 수 있다.[8]
추운 지방에서 추운 시기뿐만 아니라, 계절에 상관없이 각지에서 볼 수 있다. 이는 여름에도 상공의 구름은 결정으로 구성되어 있기 때문이며, 결정의 구름 아래에 빛을 가리는 다른 구름이 없으면 관측할 수 있다.
멀리 떨어진 지상의 가로등 등이 비슷한 현상을 일으키는 경우도 있으며, '''광주'''(光柱) 혹은 '''라이트 필러'''(light pillar영어)라고 불린다. 태양이나 달빛이 거의 평행광선인 것에 비해, 지상의 가로등 등은 퍼짐이 있기 때문에, 광주는 태양주나 월주에 비해 높게 보인다.
예를 들어, 야간에 행해지는 어업의 어화(いさりび)를 광원[13]으로 하여 발생하는 광주('''어화광주'''[14], '''어화의 광주''')가 그것이며, 멀리 해상에 있는 어화가 그 상공에 광주를 발생시키는 모습은, 일본이라면 동해 연안 각지에서 관측될 수 있다. 광원이 복수일 경우, 그 수만큼의 광주가 생긴다.
4. 한국에서의 관측
한국에서는 빛기둥 현상이 드물게 관측된다. 일본 동해 연안에서는 어선의 어화로 인해 발생하는 '어화광주'가 관측되는데,[14] 이는 멀리 떨어진 해상에서 어화가 상공에 빛기둥을 발생시키는 현상이다. 광원이 여러 개일 경우 그 수만큼 빛기둥이 나타난다.
4. 1. 어화 광주
멀리 떨어진 지상의 가로등 등이 비슷한 현상을 일으키는 경우도 있으며, '''광주'''(光柱, light pillar)라고 불린다. 태양이나 달빛이 거의 평행광선인 것에 비해, 지상의 가로등 등은 퍼짐이 있기 때문에, 광주는 태양주나 월주에 비해 높게 보인다.[13]예를 들어, 야간에 행해지는 어업의 어화(いさりび)를 광원으로 하여 발생하는 광주('''어화광주''', '''어화의 광주''')가 그것이며, 멀리 해상에 있는 어화가 그 상공에 광주를 발생시키는 모습은, 일본이라면 동해 연안 각지에서 관측될 수 있다.[14] 광원이 복수일 경우, 그 수만큼의 광주가 생긴다.
5. 문화적 상징
미야자와 겐지의 동화 은하철도의 밤에는 주인공 조반니를 불가사의한 은하철도 세계로 인도하는 눈부신 빛의 기둥인 "날씨 수레바퀴의 기둥"이 등장한다. 이는 햇무리 기둥을 모티브로 하여 발상되었다는 설이 있다.
참조
[1]
웹사이트
Colonne lumineuse
http://www.eumetcal.[...]
World Meteorological Organization
[2]
웹사이트
Light Pillar over Volcanic Etna
https://apod.nasa.go[...]
NASA
2021-11-15
[3]
웹사이트
Sun pillars from column crystals
http://www.atoptics.[...]
[4]
웹사이트
APOD: 2013 December 18 – Light Pillars over Finland
http://apod.nasa.gov[...]
[5]
웹사이트
Light Pillars
http://www.atoptics.[...]
[6]
서적
雲のカタログ 空がわかる全種分類図鑑
草思社
2011
[7]
서적
驚くべき雲の科学
草思社
2011
[8]
기타
『サンピラー現象』
http://www.lctatsuki[...]
岡崎竜城ライオンズクラブ
[9]
웹사이트
moon pillarの意味・使い方
https://ejje.weblio.[...]
[10]
서적
リーダーズ英和辞典
研究社
1999-05
[11]
기타
Rings Around The Moon
http://home.hiwaay.n[...]
[12]
웹사이트
moon pillarの意味・使い方
https://eow.alc.co.j[...]
[13]
문서
[14]
웹사이트
夜空に無数の光の筋「光柱」が出現 福井
https://weathernews.[...]
ウェザーニュース
2021-05-07
[15]
기타
Colonne lumineuse
http://www.eumetcal.[...]
World Meteorological Organization
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