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모험이는 숙제를 하기 위해 인터넷으로 자료를 찾아보다가 약 16만년 전 인류 조상의 화석이 발견됐다는 뉴스를 봤다.

모험이 : 슬기야! 이것 좀 봐. 화석을 연구해서 고대인의 모습을 복원해낸 그림이야.

슬기 : 와, 정말 신기하다. 마치 살아 움직일 것 같아, 오빠.

그런데 갑자기 그림 속 고대인이 말을 하기 시작했다.

고대인 : 안녕, 얘들아. 내 이름은‘이달투’라고 해. 나는 이렇게 다시 살아났지만 내 친구의 화석은 아직 동굴 속에 갇혀 있단다. 그래서 후세의 학자들이 내 화석만 발견할 수 있었던 거야. 친구를 구할수 있도록 너희들이 도와줄 수 없겠니?

모험이와 슬기는 이달투를 따라 컴퓨터 속 16만년 전 고대 세계로 들어갔다. 넓은 숲 속을 걷다가 그들은 커다란 동굴을 발견했다. 동굴 입구는 거대한 문으로 막혀 있었고 그 가운데에는 탁구공 지름만한 크기의 구멍이 뚫려 있었다.

고대인 : 이 동굴 안에 내 친구가 갇혀 있어. 여기 있는 구멍을 통해서 무지개를 본 사람만이 동굴 문을 열고 들어갈 수 있단다. 다른 어떤 방법으로도 열리지 않거든. 모험이와 슬기는 맨눈으로 구멍 안을 들여다봤다.

슬기 : 가운데에 횃불만 하나 있고 무지개는 안 보이는데?

모험이 : 내 가방 안에 거의 다 쓴 두루마리 휴지랑 공CD가 있거든. 빛이 여러가지 색깔로 분산되는 스펙트럼을 볼 수 있는 분광기를 만들어보자.

슬기 : 나한테 오늘 미술시간에 썼던 도구들이 좀 있긴 한데…. 정말 우리가 이 문을 열 수 있을까?

어드벤처 1 휴지심 분광기

■ 왜 그럴까?!

▶▶▶ 빛이 왜 여러가지 색으로 나눠져 보일까?

빛에는 여러가지 색깔이 혼합돼 있다. 빛은 각 색깔에 따라 파장이 다르기 때문에 직진하다가 좁은 틈이나 장애물을 만나면 각기 다른 각도로 나눠진다. 따라서 여러가지 색의 띠가 나타나는데, 이것을 스펙트럼이라고 한다. 분광기는 이와 같은 빛의 스펙트럼을 관찰하는데 사용된다.

비온 후 볼 수 있는 무지개도 빛이 공기 중에 있는 물방울을 통과하면서 여러 색깔로 나눠지기 때문에 생기는 것이다.

▶▶▶ 휴지심 분광기에서 무지개를 볼 수 있는 이유는?

빛은 휴지심 분광기의 도화지에 낸 좁은 틈을 지나 CD에 도달한다(그림 1).
 

CD 표면은 가운데를 중심으로 나선형으로 아주 촘촘하게 선이 그어져 있는데, 일반적으로 선 사이 간격은 1.6㎛ 다. 1mm당 6백여 개의 선이 그어져 있는 것과 같다. 이와 같은 CD 표면에 평행으로 들어온 빛들은 선이 그어진 곳과 그렇지 않은 곳에서 일부 흡수, 산란 또는 투과된다.

이때 좁은 틈을 통과한 빛은 그대로 직진하지 않고 좁은 틈이 파원이 되어 여러 각도로 퍼져 나가게 된다. 이런 현상을 빛의 회절이라 한다. 이때 빛의 파장에 따라 퍼지는 각도에 차이가 생긴다. 또 옆에 있는 틈으로 들어온 빛과도 만난다. 따라서 CD를 사이에 두고 빛이 들어오는 반대편에서는 다양한 파장을 갖는 빛의 파동이 섞인다. 이 때 파동의 모양이 정반대이면 상쇄되고, 나머지 빛의 파동은 합성돼 우리 눈에 스펙트럼으로 보이게 되는 것이다.

어드벤처 2 종이상자 분광기

■ 왜 그럴까?!

▶▶▶ 종이상자 분광기에서 무지개를 볼 수 있는 이유는?

종이상자의 틈을 통과한 빛은 반대쪽 면에 부착된 CD에 도달한다(그림 2).

휴지심 분광기와 달리 CD의 라벨을 벗기지 않았기 때문에 빛은 CD 표면의 여러 곳에서 반사된다. 다양한 방향으로 반사된 빛의 파동이 섞이면 휴지심 분광기와 같은 원리로 스펙트럼이 나타난다.