햇빛

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1. 개요

햇빛은 태양에서 방출되는 빛으로, 수소 핵융합 반응을 통해 생성된다. 태양광은 자외선, 가시광선, 적외선으로 나뉘며, 지구 대기를 통과하면서 다양한 상호 작용을 겪는다. 지구에 도달하는 햇빛은 지구의 생태계와 인간의 건강, 문화, 사회에 다양한 영향을 미친다. 햇빛은 식물의 광합성과 동물의 생존에 필수적이며, 비타민 D 생성, 계절성 정동장애 예방 등 인간 건강에도 중요한 영향을 미친다. 또한, 햇빛은 예술, 종교, 문화 등 다양한 분야에서 활용되며, 태양광 발전과 같은 에너지원으로도 사용된다. 하지만, 과도한 햇빛 노출은 피부암, 광노화 등 건강에 해로운 영향을 미칠 수 있다.

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햇빛
태양광
설명	태양에서 나오는 전자기파
파장 범위	적외선 가시광선 자외선
관련 현상	광합성 기상 현상 온도 변화
건강 영향	비타민 D 합성 피부암 위험 증가
에너지 활용	태양광 발전
지구 도달 시간	약 8분 19초

2. 태양광의 과학적 특성

햇빛의 강도는 일사량 기록계, 피라노미터, 일사계로 측정할 수 있다. 지면에 도달하는 햇빛의 양을 계산하려면 지구의 타원 궤도와 지구 대기권에 의한 햇빛의 약화, 즉 궤도 이심률과 대기 소광을 모두 고려해야 한다.^[5]

연도의 일수(dn)를 사용하여 타원 궤도를 보정한 외계 태양 조도( $E_{\rm ext}$ )는 다음과 같은 근사식으로 나타낼 수 있다.^[5]

: $E_{\rm ext}= E_{\rm sc} \cdot \left(1+0.033412 \cdot \cos\left(2\pi\frac{{\rm dn}-3}{365}\right)\right),$

여기서 dn=1은 1월 1일, dn=32는 2월 1일, dn=59는 3월 1일(윤년에는 dn=60) 등이다. 이 공식에서는 dn–3을 사용하는데, 지구의 근일점이 매년 1월 3일경이기 때문이다.

태양 조도 상수( $E_{\rm sc}$ )는 128×10³ 럭스와 같다. 대기의 감쇠 효과를 보정한 직접 법선 조도( $E_{\rm dn}$ )는 다음과 같이 주어진다.

: $E_{\rm dn}=E_{\rm ext}\,e^{-cm},$

여기서 $c$ 는 대기 소광이고 $m$ 은 상대적인 광학적 에어매스이다. 대기 소광으로 인해 럭스 수는 약 100,000럭스까지 떨어진다.

천정에서 태양으로부터 지표면에서 받는 총 에너지량은 태양과의 거리에 따라 다르며, 연중 시기에 따라 달라진다. 1월에는 평균보다 약 3.3% 더 높고 7월에는 3.3% 더 낮다. 외계 태양 복사가 1,367 와트/제곱미터(지구-태양 거리가 1 천문 단위일 때의 값)라면, 태양이 천정에 있을 때 지구 표면의 직사광선은 약 1,050 W/m²이지만, 지면에 도달하는 총량(직접 및 대기에서 간접적으로)은 약 1,120 W/m²이다.^[6]

에너지 측면에서 지구 표면의 햇빛은 약 52~55% 적외선(700 nm 이상), 42~43% 가시광선(400~700 nm) 및 3~5% 자외선(400 nm 미만)이다.^[7] 대기 상단에서 햇빛은 약 30% 더 강렬하며 약 8%의 자외선(UV)을 포함하고,^[8] 추가 UV의 대부분은 생물학적으로 손상시키는 단파 자외선으로 구성된다.^[9]

직사광선은 약 93 루멘/와트의 복사 플럭스의 광효율을 가진다. 1,050 와트/제곱미터에 93 루멘/와트를 곱하면 밝은 햇빛이 해수면에서 수직 표면에 약 98,000 럭스(루멘/제곱미터)의 조도를 제공한다.

1,050 W/m²의 복사 조도를 태양 원반의 크기 스테라디안으로 나누면 평균 복사 휘도는 15.4 MW/제곱미터/스테라디안이 된다. (태양 원반 중심의 복사 휘도는 림 딤밍 때문에 평균보다 다소 높다.) 여기에 π를 곱하면 거울을 사용하여 표면에 초점을 맞출 수 있는 복사 조도의 상한은 48.5 MW/m²가 된다.^[10]

대기를 통과하는 거리가 변하기 때문에 지상의 각 지점에서 수광할 수 있는 에너지 밀도는 위도, 계절, 시각에 따라 변화한다. 대한민국 부근에서는 최대 약 1kW/m2의 에너지가 된다.

2. 1. 태양광의 생성과 스펙트럼

태양의 중심부에서는 엄청난 중력에 의해 수소의 핵융합이 일어나는데, 이 과정에서 감마선이 발생한다.^[14] 이 감마선은 태양 내부에서 물질에 흡수 및 방출을 반복하면서 에너지를 잃고, 표면에 가까워질수록 주파수가 낮아진다. 최종적으로 일부는 가시광선, 적외선, 자외선이 되어 방출된다.^[15]

태양의 광구는 많은 X선 복사(태양 X선)를 방출하지 않지만, 태양 플레어 동안에는 X선 및 심지어 감마선과 같은 "강한 복사"를 방출한다.^[14] 조용한(플레어하지 않는) 태양은 X선, 자외선, 가시광선, 적외선, 전파와 같은 광범위한 파장을 방출한다.^[15]

태양 복사의 스펙트럼은 약 5,800 K의 온도를 가진 흑체의 스펙트럼과 비교할 수 있다.^[11]^[12] 지구 대기를 통과하는 거의 모든 태양 전자기 복사의 스펙트럼은 100 nm에서 약 1 mm(1,000,000 nm) 범위에 걸쳐 있으며, 파장이 증가하는 순서로 5개의 영역으로 나눌 수 있다.^[20]

'''자외선 C''' (UVC): 100 ~ 280 nm 범위를 가지며, 사람의 눈에는 보이지 않는다. 대기 흡수로 인해 지구 표면에는 거의 도달하지 않지만, 살균 특성을 가지고 있다.
'''자외선 B''' (UVB): 280 ~ 315 nm 범위를 가지며, 지구 대기에 의해 크게 흡수된다. 오존층 생성으로 이어지는 광화학 반응을 일으키고, DNA를 손상시켜 일광 화상을 유발하며, 피부암 발생을 촉진하지만, 비타민 D 합성에 필요하다.^[21]^[22]
'''자외선 A''' (UVA): 315 ~ 400 nm 범위를 가진다. 자유 라디칼 및 반응성 산소 종의 형성을 통해 DNA에 손상을 일으키고 암을 유발할 수 있다.^[23]
'''가시광선''': 380 ~ 700 nm 범위를 가지며, 육안으로 볼 수 있다.^[24] 태양의 총 조사도 스펙트럼에서 가장 강력한 출력 범위이다.
'''적외선''': 700 nm ~ 1,000,000 nm (1 mm) 범위를 가지며, 지구에 도달하는 전자기 복사의 중요한 부분을 구성한다. 과학자들은 파장을 기준으로 적외선 범위를 세 가지 유형으로 나눈다.
적외선-A: 700 nm ~ 1,400 nm
적외선-B: 1,400 nm ~ 3,000 nm
적외선-C: 3,000 nm ~ 1 mm

대기(황색) 위와 표면(적색)에서의 태양 스펙트럼 조사도 (제곱미터당 와트당 나노미터). 극자외선 및 X선이 생성되지만(파장 범위의 왼쪽) 태양의 총 출력 전력의 매우 작은 양을 구성한다.

2. 2. 지구 대기와의 상호작용

태양은 전자기 스펙트럼에 걸쳐 다양한 복사 에너지를 방출하는데, 지구 대기를 통과하면서 이 복사 에너지의 구성과 양에 변화가 생긴다. 태양 복사의 주파수 스펙트럼은 약 5,800 K의 흑체 복사 스펙트럼과 유사하다.^[11]^[12]

지구 대기를 통과하는 태양 전자기 복사는 100 nm에서 약 1 mm (1,000,000 nm) 범위에 걸쳐 있으며, 파장이 증가하는 순서로 5개의 영역으로 나눌 수 있다.^[20]

'''자외선 C''' (UVC): 100 ~ 280 nm 범위로, 대기 흡수 때문에 지구 표면에 거의 도달하지 않지만, 살균 특성을 가지고 있다.
'''자외선 B''' (UVB): 280 ~ 315 nm 범위로, 지구 대기에 의해 크게 흡수되며 오존층 생성의 주요 원인이 된다. DNA를 손상시키고 일광 화상을 유발하며, 피부암 발생을 촉진하지만, 비타민 D 합성에 필요하다.^[21]^[22]
'''자외선 A''' (UVA): 315 ~ 400 nm 범위로, 과거에는 DNA에 덜 해로운 것으로 여겨졌으나, 자유 라디칼 및 반응성 산소 종 형성을 통해 DNA 손상을 유발하고 암을 유발할 수 있다.^[23]
'''가시광선''': 380 ~ 700 nm 범위로, 육안으로 볼 수 있으며, 태양 복사 스펙트럼에서 가장 강력한 출력 범위이다.^[24]
'''적외선''': 700 nm ~ 1,000,000 nm (1 mm) 범위로, 지구에 도달하는 전자기 복사의 상당 부분을 차지하며, 파장에 따라 세 가지 유형으로 나뉜다.
적외선-A: 700 nm ~ 1,400 nm
적외선-B: 1,400 nm ~ 3,000 nm
적외선-C: 3,000 nm ~ 1 mm

지구 궤도에서의 태양광 (AM0) 및 온대 지상에서의 평균적인 태양광 스펙트럼의 개형 (AM1.5G)

태양에서 방출된 빛은 지구 궤도 부근에서 약 1.37kW/m² (태양 상수)의 에너지를 갖는다. X선은 대부분 대기에서 차단되며, 유해한 자외선도 성층권의 오존층에서 90% 이상 차단된다. 가시광선과 적외선도 대기권에서 반사, 산란, 흡수되어 평균 40% 이상 감쇠된 후 지상에 도달한다.^[59]

대기를 통과하는 거리에 따라 지상에서 수광할 수 있는 에너지 밀도는 위도, 계절, 시각에 따라 달라진다.

지구에 도달한 태양광선의 1시간당 총 에너지량은 20세기 후반 세계의 1년간 소비되는 에너지와 맞먹는다. 이 에너지는 지상에서 열로 변환(약 45%), 해양 축적(20%), 바람과 파도 생성(0.2%), 광합성 (0.02%) 등에 사용되며, 나머지는 우주로 반사(30%)된다.

2. 3. 지구 도달 및 계산

지구의 타원 궤도와 지구 대기권에 의한 햇빛의 약화는 땅에 다다르는 햇빛의 양을 계산할 때 고려해야 하는 요소이다.^[5]

:

E_{\rm ext}= E_{\rm sc} \cdot (1+0.033412 \cdot \cos\left(2\pi\frac{{\rm dn}-3}{365}\right)),

여기서 dn=1은 1월 1일, dn=2는 1월 2일, dn=32는 2월 1일을 가리킨다.

연구자들은 일사량 기록계, 피라노미터, 또는 일사계를 사용하여 햇빛의 강도를 측정할 수 있다. 연도의 일수(dn)를 사용하여 타원 궤도를 보정한 외계 태양 조도()는 다음과 같은 근사식으로 나타낼 수 있다.^[5]

:

E_{\rm ext}= E_{\rm sc} \cdot \left(1+0.033412 \cdot \cos\left(2\pi\frac{{\rm dn}-3}{365}\right)\right),

여기서 dn=1은 1월 1일, dn=32는 2월 1일, dn=59는 3월 1일(윤년에는 dn=60) 등이다. 이 공식에서는 dn–3을 사용하는데, 그 이유는 현대 시대에는 지구의 근일점, 즉 태양에 가장 가깝게 접근하여 최대 가 발생하는 시점이 매년 1월 3일경이기 때문이다.

태양 조도 상수()는 128×10³ 럭스와 같다. 대기의 감쇠 효과를 보정한 직접 법선 조도()는 다음과 같이 주어진다.

:

E_{\rm dn}=E_{\rm ext}\,e^{-cm},

여기서 는 대기 소광이고 은 상대적인 광학적 에어매스이다. 대기 소광으로 인해 럭스 수는 약 100,000럭스까지 떨어진다.

천정에서 태양으로부터 지표면에서 받는 총 에너지량은 태양과의 거리에 따라 다르며, 연중 시기에 따라 달라진다. 1월에는 평균보다 약 3.3% 더 높고 7월에는 3.3% 더 낮다. 외계 태양 복사가 1,367 와트/제곱미터(지구-태양 거리가 1 천문 단위일 때의 값)라면, 태양이 천정에 있을 때 지구 표면의 직사광선은 약 1,050 W/m²이지만, 지면에 도달하는 총량(직접 및 대기에서 간접적으로)은 약 1,120 W/m²이다.^[6] 에너지 측면에서 지구 표면의 햇빛은 약 52~55% 적외선(700 nm 이상), 42~43% 가시광선(400~700 nm) 및 3~5% 자외선(400 nm 미만)이다.^[7]

직사광선은 약 93 루멘/와트의 복사 플럭스의 광효율을 가진다. 1,050 와트/제곱미터의 수치에 93 루멘/와트를 곱하면 밝은 햇빛이 해수면에서 수직 표면에 약 98,000 럭스(루멘/제곱미터)의 조도를 제공한다는 것을 나타낸다.

지구에서 태양 복사는 수평선 위의 태양의 각도에 따라 달라지며, 여름에는 고위도에서 일조 시간이 길어지고 겨울에는 해당 극 근처에서 일조가 전혀 없는 경우까지 다양하다. 기후에 대한 태양 각도의 영향은 여름과 겨울의 태양 에너지 변화를 초래한다. 예를 들어, 위도 65도에서 지구 궤도의 변화로 인해 25% 이상 변동할 수 있다. 겨울과 여름의 변화는 상쇄되는 경향이 있기 때문에, 주어진 위치에서 연평균 일사량의 변화는 0에 가깝지만, 여름과 겨울 사이의 에너지 재분배는 계절 주기의 강도에 강력하게 영향을 미친다.

대기를 통과하는 거리가 변하기 때문에 지상의 각 지점에서 수광할 수 있는 에너지 밀도는 위도, 계절, 시각에 따라 변화한다. 대한민국 부근에서는 최대 약 1kW/m²의 에너지가 된다.

3. 태양계와 햇빛

태양의 빛은 태양계와 지구의 생태계 환경에 태양계 형성 초기부터 큰 영향을 미치고 있다. 태양계의 각 천체들은 태양으로부터 거리의 제곱에 반비례하는 강도의 빛을 받는다.

표면에서 관측되는 햇빛의 실제 밝기는 대기의 존재와 구성에 따라 달라진다. 예를 들어 금성의 두꺼운 대기는 받는 태양 빛의 60% 이상을 반사한다. 금성 표면의 실제 조도는 약 14,000 lx이며, 이는 지구에서 구름 낀 낮과 비교할 만하다.^[27]

화성의 햇빛은 지구의 약간 흐린 날과 거의 비슷하며, 탐사선이 찍은 사진에서처럼 그림자가 특히 어둡게 보이지 않을 정도로 충분한 산란 하늘 복사가 있다. 따라서 지구의 낮과 매우 흡사한 느낌을 준다. 다만, 화성 대기의 붉은 먼지에 의한 산란으로 인해 표면은 지구보다 약간 더 붉다.

토성의 햇빛은 지구의 일출이나 일몰 시의 햇빛보다 약간 더 밝다. 명왕성에서도 햇빛은 평균적인 거실과 거의 비슷할 정도로 밝다. 지구에서 보름달과 같이 희미한 햇빛을 보려면 약 500 AU (69 광시)의 거리가 필요하다. 90377 세드나를 포함하여 그러한 거리보다 더 멀리 궤도를 도는 것으로 알려진 태양계의 물체는 극소수에 불과하다.

3. 1. 태양계 행성별 햇빛 강도

태양계의 행성들은 태양으로부터의 거리가 멀어질수록 받는 빛의 양이 줄어든다. 빛의 강도는 거리의 제곱에 반비례한다.

각 행성이 대기 상단에서 받는 태양 복사량(W/m²)은 다음 표와 같다.^[26]

행성 또는 왜행성	거리 (AU)		태양 복사 (W/m²)
행성 또는 왜행성	근일점	원일점	최대	최소
수성	0.3075	0.4667	14,446	6,272
금성	0.7184	0.7282	2,647	2,576
지구	0.9833	1.017	1,413	1,321
화성	1.382	1.666	715	492
목성	4.950	5.458	55.8	45.9
토성	9.048	10.12	16.7	13.4
천왕성	18.38	20.08	4.04	3.39
해왕성	29.77	30.44	1.54	1.47
명왕성	29.66	48.87	1.55	0.57

행성 표면에서 실제로 보이는 햇빛의 밝기는 대기의 존재와 구성에 따라 달라진다. 예를 들어, 금성의 두꺼운 대기는 받는 태양 빛의 60% 이상을 반사한다. 금성 표면의 실제 밝기는 약 14,000 lx로, 지구에서 구름 낀 낮과 비슷하다.^[27]

화성의 햇빛은 지구보다 더 희미하다. 이 화성 일몰 사진은 ''Mars Pathfinder''에 의해 촬영되었다.

화성의 햇빛은 지구의 약간 흐린 날과 비슷하며, 그림자가 아주 어둡게 보이지 않을 정도로 충분한 산란광이 있다. 화성 대기의 붉은 먼지 때문에 표면의 색은 지구보다 약간 더 붉다.

토성의 햇빛은 지구의 일출이나 일몰 때보다 약간 더 밝다. 명왕성에서도 햇빛은 평균적인 거실과 거의 비슷할 정도로 밝다. 지구에서 보름달 정도의 밝기를 보려면 태양으로부터 약 500 AU(약 69 광시)의 거리가 필요하다. 90377 세드나 등 극소수의 천체만이 이보다 더 먼 거리에서 태양을 공전한다.

3. 2. 태양계 형성과 햇빛

태양의 빛은 태양계 특히 지구의 생태계 환경에 태양계 형성 초기부터 그 이래로 지대한 영향력을 행사하고 있다.

4. 햇빛과 생명체

지구상의 거의 모든 생명체는 태양에서 오는 빛에 의해 유지된다. 자가영양생물인 식물은 광합성을 통해 햇빛 에너지를 생장에 필요한 에너지원으로 사용하며, 종속영양생물인 동물은 식물을 섭취하거나 다른 동물을 섭취함으로써 간접적으로 태양 에너지를 이용한다. 이 과정은 세포 호흡을 통해 이루어진다.^[1]

인간 또한 햇빛을 통해 비타민 D를 생성하고, 비만과 당뇨병 위험을 줄이는 등 건강에 긍정적인 영향을 받는다. 하지만 과도한 햇빛 노출은 피부 질병의 원인이 될 수 있으므로 주의해야 한다.^[66]

선사 시대부터 인간은 햇빛을 다양한 방식으로 활용해 왔다. 동물의 가죽으로 옷을 만들어 체온을 유지하고, 나무로 무기를 만들어 사냥을 하는 등 햇빛을 이용하는 기술을 발전시켜 왔다. 신석기 혁명 시기에는 농경을 통해 태양 에너지 활용을 극대화하면서 인구가 증가하기 시작했다. 화석 연료 역시 태양 에너지를 이용하여 형성된 고대 식물과 동물의 잔재이다.

4. 1. 식물의 광합성

지구상의 거의 모든 생명체는 태양에서 오는 빛에 의해 유지된다. 식물과 같은 대부분의 자가영양생물은 햇빛의 에너지를 이산화탄소 및 물과 결합하여 간단한 당을 생성하는데, 이를 광합성이라고 한다. 이러한 당은 유기체가 성장할 수 있도록 하는 구성 요소 및 기타 합성 경로에 사용된다.^[1]

종속영양생물인 동물은 자가영양생물의 생산물을 섭취함으로써 간접적으로 태양의 빛을 이용한다. 자가영양생물을 섭취하거나, 그 생산물을 섭취하거나, 다른 종속영양생물을 섭취함으로써 가능하다. 자가영양생물이 생산한 당 및 기타 분자 성분은 분해되어 저장된 태양 에너지를 방출하고, 종속영양생물이 생존에 필요한 에너지를 얻게 된다. 이 과정을 세포 호흡이라고 한다.^[1]

4. 2. 인간 건강에 미치는 영향

햇빛은 인간 건강에 긍정적 영향과 부정적 영향을 모두 미친다.

인체는 햇빛, 특히 자외선의 UVB 대역을 통해 비타민 D를 생성한다. 영양 섭취가 부족한 상태에서 햇빛을 충분히 쬐지 못하면 비타민 D 결핍이 발생할 수 있으며,^[66] 계절성 정동장애(SAD)의 주요 원인이 되기도 한다.^[66]

적당량의 햇빛 노출은 비만과 당뇨병 위험을 줄일 수 있다. 호주 텔레톤키즈 연구소의 쉘리 고만 박사팀은 생쥐 실험을 통해 햇빛 노출이 체중 감소, 혈당 수치 및 인슐린 저항성 감소 등 당뇨병 초기 신호를 줄이는 효과가 있음을 확인했다. 이는 비타민 D 합성이 아니라 햇빛 노출 후 피부에서 산화질소가 발산되기 때문이다.^[66]

햇빛의 자외선은 피부암을 유발하지만, 햇빛은 비타민 D 합성의 중요 원천이고 비타민 D 결핍은 사망률 및 암 생존율과 연관이 있다는 연구 결과도 있다.^[66] 장기간의 햇빛 노출은 피부암, 피부 노화, 면역 억제, 백내장, 황반 변성과 같은 눈 질환을 일으킬 수 있다.^[54]

역학 데이터에 따르면 햇빛에 더 많이 노출된 사람들은 고혈압과 심혈관 관련 사망률이 낮다. 한 연구에서는 자외선이 흡연, 알코올, 고혈압과 같은 다른 위험 요소와는 달리 수명을 단축한다는 증거가 없다고 밝혔다.^[57]

4. 2. 1. 과도한 햇빛 노출의 위험성

자외선은 비타민 D₃의 주요 공급원이지만, 동시에 돌연변이를 일으킬 수 있어 건강에 긍정적, 부정적 영향을 모두 미친다.^[48] 비타민 D는 뼈를 튼튼하게 하고^[50] 일부 암 성장을 억제하는 등 건강에 좋은 효과가 있다.^[51]^[52] 햇빛 노출은 멜라토닌 합성, 일주기 리듬 유지, 계절성 정동 장애 위험 감소와도 관련이 있다.^[53]

하지만 장기간 햇빛에 노출되면 피부암, 피부 노화, 면역 억제, 백내장, 황반 변성 같은 눈 질환이 생길 수 있다.^[54] 단기간이라도 과도하게 노출되면 햇볕 화상, 설맹, 태양 망막증이 발생할 수 있다.

자외선 광선, 햇빛, 선탠 램프는 건강상의 이점이 있는 것으로 알려진 유일한 발암 물질 목록에 속한다.^[55] 많은 공중 보건 기관에서는 햇빛을 너무 많이 쬐거나 너무 적게 쬐는 것 사이에서 균형을 잡는 것이 중요하다고 말한다.^[56] 햇볕 화상은 항상 피해야 한다는 데에는 의견이 일치한다.

햇빛에 더 많이 노출된 사람들이 고혈압과 심혈관 질환 관련 사망률이 낮다는 연구 결과도 있다. 햇빛(및 UV 광선)은 피부암의 위험 요소이지만, "햇빛 회피는 전반적인 건강에 이점보다 더 많은 대가를 치를 수 있다"는 연구 결과도 있다.^[57] 한 연구에서는 UV가 흡연, 알코올, 고혈압 같은 다른 위험 요소와 달리 수명을 단축한다는 증거가 없다고 밝혔다.^[57]

태양광에 포함된 자외선은 합성수지(플라스틱)를 광반응으로 분해하여 망가뜨린다. 또한, 다른 재료에서도 자외선이 열화나 변색을 일으키는 경우가 많다.

태양광 속 자외선은 살균 작용을 하지만, 동시에 발암성도 가지고 있다. IARC의 발암 위험 구분에서는 "태양광 노출"을 Group1 (발암성이 인정됨)으로 분류하고 있다. 특히, 피부암 발생 요인 중 하나로 꼽힌다. UV-C (지표에는 거의 도달하지 않음)나 UV-B에 의한 유전자 손상이 암으로 이어질 수 있다는 연구 결과가 있으며, 같은 인종 간에는 위도가 낮을수록 피부암 발생률이 높다는 연구 결과도 있다.

4. 2. 2. 적절한 햇빛 노출의 중요성

인체는 햇빛, 특히 자외선의 UVB 대역으로부터 비타민 D를 생성한다. 따라서 적절한 양의 영양분 섭취가 없는 상태에서 햇빛을 충분히 받지 못하면 비타민 D 결핍이 발생할 수 있다.^[66] 햇빛 부족은 계절성 정동장애(SAD)의 주요 원인 중 하나로 여겨지기도 한다.^[66]

적절한 양의 햇빛 노출은 비만과 당뇨병 위험을 줄일 수 있다는 연구 결과도 있다. 호주 퍼스소재 텔레톤키즈 연구소의 쉘리 고만 박사 연구팀은 생쥐 실험을 통해 이러한 결론을 도출했다.^[66] 일반적으로 햇빛의 자외선 노출은 피부암을 유발하는 것으로 알려져 있지만, 햇빛은 비타민 D 합성의 중요한 원천이며, 비타민 D 결핍은 여러 사망률 및 암 생존율과 관련이 있다는 연구 결과도 있다.^[66]

고만 박사 연구팀은 생쥐들에게 고지방 식품을 먹여 비만과 당뇨를 유발한 후, 적당량의 자외선을 쬐게 했다. 그 결과, 자외선을 쬔 쥐들은 체중이 감소하고 혈당 수치와 인슐린 저항성 등 당뇨병 초기 신호가 줄어들었다. 연구팀은 이러한 효과가 비타민 D 합성이 아니라 햇빛 노출 후 피부에서 산화질소가 발산되기 때문이라고 분석했다. 그러나 너무 많은 햇빛 노출은 피부 질병의 원인이 될 수 있으므로 주의해야 한다.^[66]

햇빛 속의 자외선은 비타민 D₃의 주요 공급원이지만, 돌연변이 유발 물질이기도 하므로 긍정적, 부정적 건강 영향을 모두 가진다.^[48] 비타민 D는 뼈를 강화하고^[50] 일부 암 성장을 억제하는 등 긍정적인 효과가 있다.^[51]^[52] 또한 햇빛 노출은 멜라토닌 합성 시기, 일주기 리듬 유지, 계절성 정동 장애 위험 감소와 관련이 있다.^[53]

하지만 장기간 햇빛 노출은 피부암, 피부 노화, 면역 억제, 백내장, 황반 변성과 같은 질환과 관련이 있다.^[54] 단기간 과다 노출은 햇볕 화상, 설맹, 태양 망막증을 유발할 수 있다.

햇빛(및 UV 광선)은 피부암 위험 요소이지만, 햇빛 회피는 전반적인 건강에 이점보다 더 많은 대가를 치를 수 있다는 연구 결과도 있다.^[57]

4. 3. 동물의 햇빛 이용

동물은 햇빛을 이용하여 체온을 유지하고 생체 리듬을 조절한다. 많은 동물들이 햇빛을 쬐어 체온을 높인다. 또한 햇빛은 동물의 수면-각성 주기, 번식 행동 등 생체 리듬을 조절하는 데 중요한 역할을 한다. 특히, 포유류의 피부에서 비타민 D 합성을 촉진하여 건강 유지에 도움을 준다.^[21] 하지만, 햇빛의 자외선은 DNA를 손상시켜 일광 화상을 유발하고, 피부 노화를 촉진하며, 피부암 발생을 증가시킬 수 있다.^[22]

5. 햇빛의 활용

햇빛은 인류의 생활에 다양한 방식으로 활용되어 왔다.

선탠은 햇볕 아래에 앉거나 눕는 인기 있는 레저 활동으로, 충분한 햇빛이 드는 해변, 야외 수영장, 공원, 정원, 노천카페 등에서 이루어진다. 옷을 적게 입거나 누드 상태로 선탠을 즐기기도 하며, 태닝 침대를 이용하기도 한다. 태닝 침대는 전 세계 여러 국가에서 금지되어 있다.

피부색을 어둡게 하는 태닝은 일부 문화권에서 매력적으로 여겨지며, 야외 활동, 휴가 및 건강과 관련이 있다. 나체주의 선탠을 통해 "전신" 또는 "균일한" 태닝을 추구하기도 한다.

광선 치료의 일종인 선탠은 건선 등의 질병 치료법으로 사용되기도 한다. 피부 태닝은 멜라닌 세포 내부의 짙은 색소 증가로 이루어지며, 자외선 노출이 멈추면 점차 사라진다.

지상에 도달한 햇빛 에너지는 직간접적으로 인간 생활에 이용된다.

5. 1. 역사 속 햇빛 활용

햇빛은 젖은 옷, 토기, 건어물 건조, 올림픽 성화 점화 등에 이용되었다.

해시계: 햇빛을 이용하여 태양의 기울기를 시각으로 활용했다.
거울: 채광을 위해, 또는 신호나 전언에 사용되었다.
렌즈: 카메라, 망원경, 현미경 등 광학 기기를 낳았다.

5. 2. 현대의 햇빛 활용

햇빛은 태양광 발전 외에도 태양열 발전, 수력 발전, 풍력 발전, 파력 발전, 해류 발전, 바이오매스 발전 등 다양한 신재생 에너지의 원천으로 활용된다. 태양열 발전은 태양광 에너지를 터빈을 사용하여 전력으로 변환하며, 수력 발전은 태양광으로 데워진 비구름이 내린 비, 풍력 발전은 태양광이 데운 공기의 흐름(바람), 파력 발전은 바람에 의한 파도의 너울거림, 해류 발전은 태양열로 데워진 해수의 순환을 이용한다. 바이오매스 발전은 식물의 광합성에 태양광 에너지가 사용된다는 점을 이용한다. 다만, 조력 발전은 태양광과 무관하다.^[25]

5. 2. 1. 태양광 발전

태양광 발전은 햇빛을 이용한다. 태양 전지를 이용하여 태양빛을 직접 전기 에너지로 바꾸어 사용하는 것이다. 햇빛은 태양광 발전 시설뿐만 아니라 태양 전지 자동차, 태양 전지 휴대 전화나 휴대용 컴퓨터, 태양광 시계와 같이 다양하게 이용될 수 있다. 지구로 쏟아지는 무한한 햇빛은 환경 오염을 일으키지 않는 청정 에너지라는 측면에서 각광을 받고 있지만, 발전을 위해서는 일조량이 충분한 지역이어야 한다는 조건이 있다. 태양광 발전은 하루 중에서도 발전할 수 있는 시간이 제한되며, 계절에 따른 제약도 있다. 현재까지는 발전 시설비가 높다는 단점이 있다.^[67]

6. 햇빛과 관련된 문화 및 사회적 측면

많은 사람들은 직사광선이 너무 밝다고 생각하여 불편함을 느낀다. 실제로 태양을 직접 바라보면 장기적인 시력 손상을 일으킬 수 있다.^[47] 이를 보완하기 위해 사람들은 선글라스를 착용한다. 자동차, 헬멧, 모자 등에는 태양이 낮은 각도에 있을 때 직사광선을 차단하기 위한 챙이 부착되어 있다. 또한, 햇빛은 벽, 블라인드, 차양, 창문 셔터, 커튼, 그늘진 나무 등을 통해 건물 안으로 들어오는 것을 차단하기도 한다. 한편, 햇빛 노출은 비타민 D 생성에 생물학적으로 필요하다. 비타민 D는 강한 뼈와 근육을 만드는 데 중요한 화합물이다.

6. 1. 햇빛과 예술

표면 조명의 스펙트럼은 대기 효과로 인해 태양 고도에 따라 달라진다. 해뜨기 전과 해진 후의 황혼 시간에는 파란색 스펙트럼 성분이 우세하고, 해뜨고 해질 때는 빨간색이 우세하다. 이러한 효과는 대기를 통해 매개되는 햇빛이 주요 조명원인 자연광 사진에서 분명하게 나타난다.^[42]

햇빛의 효과는 회화와 관련이 있으며, 예를 들어 에두아르 마네와 클로드 모네의 야외 장면과 풍경을 그린 작품에서 나타난다.

러슬로 메드얀스키의 ''Téli verőfény'' ("겨울 햇살"), 20세기 초

6. 2. 햇빛과 종교

많은 세계 종교에서 태양은 지구상의 생명과 에너지의 근원이기 때문에 신으로 여겨진다. 힌두교에서는 태양신을 수르야라고 부른다.^[47] 고대 이집트에서도 태양신 라를 숭배했다.

6. 3. 선탠 문화

선탠은 햇볕 아래에 앉거나 눕는 인기 있는 레저 활동이다. 사람들은 충분한 햇빛이 드는 편안한 장소에서 선탠을 즐기는 경우가 많다. 선탠을 즐기는 흔한 장소로는 해변, 야외 수영장, 공원, 정원, 노천카페 등이 있다. 선탠을 즐기는 사람들은 일반적으로 옷을 적게 입거나, 아예 누드 상태로 있기도 한다. 어떤 사람들에게는 날씨와 상관없이 실내에서 사용할 수 있는 태닝 침대가 선탠의 대안이 되기도 한다. 태닝 침대는 전 세계 여러 국가에서 금지되어 있다.

많은 사람들에게 선탠을 하는 목적 중 하나는 피부색을 어둡게 하는 것이다(태닝). 이는 일부 문화권에서 매력적이라고 여겨지며, 야외 활동, 휴가 및 건강과 관련이 있기 때문이다. 어떤 사람들은 특정 생활 방식의 일부로 "전신" 또는 "균일한" 태닝을 얻기 위해 나체주의 선탠을 선호한다.

통제된 광선 치료의 경우 건선 및 기타 질병의 치료법으로 사용되기도 한다.

피부 태닝은 멜라닌 세포라고 하는 피부 세포 내부의 짙은 색소 증가로 이루어지며, 태양이나 인공 선탠 램프의 자외선에 충분히 노출되었을 때 신체의 자동 반응 기전이다. 따라서 이러한 자외선원에 더 이상 노출되지 않으면 시간이 지남에 따라 태닝은 점차 사라진다.

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