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새해가 밝았습니다. 지구가 태양을 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간을 기준으로 1년을 세고, 그 1년을 ‘한 해’라고 부르는 게 무척 재미있죠. 새삼 인간들이 해를 얼마나 중요하게 여기는지 느껴지는 지점입니다. 물론 기자는 1월 1일 일출을 본 적이 단 한 번도 없습니다. 대신 전국에 퍼진 수많은 ‘새해 특파원’들이 인터넷에 올려 주시는 일출 사진으로 대리만족하고 있습니다.

그러고 보면 인터넷 속 수많은 특파원들의 존재는 무척 소중합니다. 이불 속에서도 일출을 볼 수 있고, 한국에서도 아르헨티나 소식을 알 수 있죠. 과학동아에도 특파원들이 계십니다. 세상 곳곳에서 찾은 재밌는 이야기들을 과학동아 공식 네이버 카페에 공유해주고 계셔요. 이들이 공유한 이야기 중에서 가장 새해다운 이야기를 공유해드리려고 합니다. 비행기를 타고 미국 상공을 날던 중, 태양과 구름이 자아내는 아주 특별한 대기광학 현상 ‘브로켄 현상’을 목격했다는 주연우(닉네임 전독위 3기 주연우) 님의 글입니다. 2023년 12월 2일 과학동아 공식 네이버 카페에 최초 공개된 내용을 함께 보시죠.

특별한 대기광학 현상, 브로켄 현상

안녕하세요, 과학동아 독자 주연우입니다. 1월, 새해 다짐도 굳힐 겸 등산을 많이 갈 시기죠. 혹시 산꼭대기나 능선에서 원형의 무지개를 보게 된다면 이 글을 기억해 주세요. 제일 바깥쪽에는 붉은 원이, 제일 안쪽에는 보라색 원이 나타나는 둥근 무지개의 정체는 바로 ‘브로켄 현상’입니다. ‘그림자 광륜’이라고도 불립니다.

브로켄 현상은 빛이 물방울을 지나며회절해 나타나는 대기광학 현상입니다. 회절은 파동이 장애물이나 장애물 사이의 틈을 지나며 그 주변으로 퍼지는 현상입니다. 태양 빛이 구름 사이 작은 틈으로 퍼져 나오는 걸 본 적이 있나요? 어딘가 성스러워 보이는 이 모습도 빛이 회절하며 나타나는 현상 중 하나입니다.

둥글게 형성되는 무지개 한가운데에 관찰자인 사람의 그림자가 비치는 걸 발견할 수도 있습니다. 비행기에서 목격한다면 관찰자가 타고 있는 비행기의 그림자가 비칩니다. 이는 브로켄 현상이 생기는 원리와 관련이 있습니다. 브로켄 현상이 생길 때 빛은 관찰자의 등 뒤쪽에서 들어온 다음, 물방울을 지나며회절해 다시 관찰자 쪽으로 향합니다. 이때 빛의 색에 따라 물방울을 지나며 굴절하는 정도가 다르죠. 이 굴절도 차이 때문에 빛이 분산해 무지개색이 나타납니다. 그리고 관찰자가 빛을 가리고 서 있는 무지개 가운데 부분에 관찰자의 그림자가 생기는 겁니다.

왜 하필 ‘브로켄’ 현상일까요? 이는 브로켄 현상이 독일의 브로켄산에서 자주 관측됐기 때문입니다. 둥근 무지개 안에 관찰자인 사람의 그림자가 겹쳐 보이는 장면은 뭣 모르고 봤다간 귀신으로 오해하기 딱 좋아요. 그래서 브로켄 현상은 독일을 비롯한 유럽 등지에서는 종종 귀신으로 오해받았다고 합니다. 독일에선 브로켄 현상을 두고 ‘브로켄의 요괴’라고 부른다네요.

저는 비행기에서 브로켄 현상을 마주친 적이 있습니다. 현지시간 2023년 9월 24일 오전, 미국 아이오와주와 네브래스카주 상공을 비행하던 중 목격했죠. 왼쪽 사진은 제가 브로켄 현상을 목격한 당시 찍었던 사진 중 가장 잘 나온 사진입니다. 가운데에 비행기 그림자가 없다는 점이 아쉽긴 하네요. 그래도 이렇게 선명한 브로켄 현상을 무려 45분 동안이나 관찰했으니, 대단한 행운으로 봐야 하겠습니다. 여행 도중에 이런 현상을 목격할 거라고는 상상도 못 했습니다. 이 경우, 물방울을 가득 머금고 있는 구름이 비행기 위에서 온 빛을 회절해 브로켄 현상이 일어난 겁니다.

브로켄 현상은 주로 산이나 비행기처럼 높은 곳에서 관측할 수 있습니다. 여기서 추측할 수 있듯 일반적인 브로켄 현상은 관찰자의 발, 그러니까 관찰자 기준으로 지평선 아래에 생깁니다. 일반적인 무지개가 왜 지상에서 볼 때는 둥글지 않고 반원처럼 형성되는지는 한 마디로 설명할 수 있습니다. 나머지 반쪽이 지평선 아래에 가려지기 때문입니다. 지평선 아래에는 나머지 반쪽이 있고, 우리 눈에는 지평선 위의 반쪽만 보이니까요.

사실 브로켄 현상은 일반적인 무지개와는 몇 가지 차이점이 있습니다. 일반적인 무지개의 경우 빛을 굴절시킬 물방울 외에 무지개가 비쳐 보일 곳이 꼭 필요하지는 않지만, 브로켄 현상은 구름과 같은 곳에 빛이 비쳐야만 보입니다. 또 다른 점이 있다면 일반적인 무지개는 속이 빈 도넛을 반으로 자른 모양인 반면, 브로켄 현상은 속이 차 있습니다.

국내에서는 비교적 최근인 2023년 8월 2일 오전, 제주도 한라산 정상에서 브로켄 현상이 목격됐습니다. 대단한 행운이 따라줘야 만날 수 있는 현상이에요. 일본에서는 과거부터 브로켄 현상을 문수보살의 현신으로 보고 신성하게 여겼습니다. 행운의 상징이니 만약 만난다면 기뻐하셔도 될 것 같습니다.