하늘을 가로지르는 고운 빛깔의 무지개를 보면 탄성이 나온다. 마치 빛으로 마술을 부리는 것같이 신기한 무지개를 아무 때나 볼 수 있는 것은 아니다.

질문 하나, 무지개가 보일 때 위쪽이 빨간색일까 아래쪽이 빨간색일까 사람들은 무지개를 그릴 때 아래쪽부터 빨, 주, 노, 초, 파, 남, 보의 순으로 색을 칠하는 경향이 있다. 실제 무지개는 빨간색이 가장 바깥쪽이고 보라색이 제일 안쪽이다. 확인해 보고 싶다고 해서 무지개가 생길 때까지 하늘을 쳐다볼 필요는 없다. 무지개의 원리를 알면 직접 무지개를 만들 수도 있으니까.

무지개는 빛의 굴절과 분산으로 인해 생긴다. 빛은 똑바로 진행하다가 다른 매질을 만나면 그 경계면에서 꺾인다. 이것을 빛의 굴절이라고 한다. 빛의 굴절은 매질에 따라 빛의 진행속도가 다르기 때문에 일어난다.

예를 들면 빛의 속력은 공기 중에서보다 물에서 더 느리다. 빛은 공기 중에서 물로 들어갈 때 꺾인다. 유리컵에 담가 둔 숟가락이 꺾여 보이고, 목욕탕의 탕 속에 앉아서 다리를 보면 더 짧아 보이는 것은 바로 빛의 굴절 때문에 일어나는 현상이다.

빛이 꺾이는 정도는 빛의 파장에 따라 다르다. 빛은 색깔마다 고유한 파장을 가지고 있다. 진공에서는 빛의 파장에 관계없이 빛의 속도가 동일하지만 유리나 물과 같은 물질에서는 파장에 따라 빛의 속도가 달라진다.

이런 현상을 분산이라고 한다. 프리즘을 통해서 보면 빛의 분산을 관찰할 수 있다. 햇빛을 프리즘에 통과시키면 파장이 긴 빨간색은 파장이 짧은 보라색보다 속도가 빨라서 덜 꺾이고, 반대로 보라색은 더 많이 꺾인다. 따라서 빛이 프리즘을 통과한 후에는 무지개 빛깔로 나눠 나타난다.

비가 갠 후 공기 중에 떠 있는 물방울은 햇빛을 분산시키는 프리즘의 역할을 한다. 햇빛이 물방울로 들어갈 때 한번 굴절되고, 굴절된 빛이 물방울 안 쪽 표면에서 반사되어 공기 중으로 나올 때 다시 한 번 굴절되는 과정에서 분산이 일어난다. 즉, 각각의 빛이 물방울을 통과하면서 꺾이는 각도의 차이로 인해 우리는 무지개를 볼 수 있는 것이다.

그럼 이제 무지개를 만들어 보자. 준비물은 햇빛과 물방울. 맑은 날 밖으로 나가 태양을 등지고 공중에 분무기로 물을 뿌리면 쉽게 무지개를 관찰할 수 있을 것이다.