무지개는 왜 늘 해 반대편에 있나

무지개는 하늘에 걸린 천이 아닙니다. 공중에 떠 있는 물방울 하나하나가 각자 빛을 되돌려 보내 만든 것입니다.

물방울 하나에서 일어나는 일은 세 단계입니다.

• 들어가며 꺾인다 — 빛이 공기에서 물로 들어갈 때 방향이 꺾입니다. 이것을 굴절이라고 합니다
• 뒷면에서 되비친다 — 물방울 뒤쪽 안벽에 부딪혀 되돌아옵니다
• 나오며 또 꺾인다

그래서 빛은 왔던 쪽으로 되돌아갑니다. 바로 그것이 무지개가 언제나 해 반대편에 있는 까닭입니다. 해에서 온 빛이 물방울에서 되돌아 나와 내 눈에 들어오려면, 나는 해를 등지고 있어야 합니다.

그림에서 빛깔이 갈라지는 것도 보입니다. 빛깔마다 꺾이는 정도가 다르기 때문입니다. 빨간빛이 가장 덜 꺾이고 보랏빛이 가장 많이 꺾입니다.

halo 편에서 배운 것을 그대로 쓸 차례입니다.

얼음 알갱이에서는 꺾이는 각에 바닥이 있었습니다. 22도보다 덜 꺾이는 법이 없었지요. 물방울에서도 같은 일이 일어납니다. 다만 방향이 반대입니다.

물방울에서 돌아 나오는 빛은 해 반대쪽에서 42도를 넘지 못합니다. 이번에는 바닥이 아니라 천장입니다.

그리고 halo 와 똑같이 그 언저리가 평평합니다. 물방울의 어느 자리로 들어가든 나오는 각이 거의 42도입니다. 그러니 온갖 물방울에서 온 빛이 그 한 각도에 몰립니다.

해 반대쪽에서 42도 떨어진 모든 방향이 밝습니다. 그 방향을 다 이으면 동그라미입니다.

빛깔이 갈라지는 것도 여기서 따라 나옵니다. 빨간빛은 42.4도, 보랏빛은 40.5도에서 몰립니다. 각이 큰 쪽이 위이니 빨강이 바깥, 보라가 안쪽입니다.

동그라미라면 한가운데가 어디일까요.

해의 정확히 반대 방향입니다. 그리고 그 자리를 찾는 법이 아주 쉽습니다 — 내 그림자의 머리 끝이 가리키는 쪽입니다.

왼쪽 그림에서 해를 올리고 내려 보세요. 그림자가 짧아지고 길어지면서, 그 끝이 가리키는 자리가 땅 아래로 내려갔다 올라왔다 합니다.

오른쪽이 그때 보이는 하늘입니다. 해가 낮을수록 무지개가 높이 섭니다.

• 해가 지평선에 걸려 있으면 한가운데가 지평선에 놓입니다. 그러면 딱 반원입니다 — 무지개가 가장 크게 보이는 때입니다
• 해가 올라갈수록 한가운데가 땅속으로 내려가고, 보이는 몫이 줄어듭니다

그래서 무지개를 찾을 때 하늘을 두리번거릴 필요가 없습니다. 해를 등지고 서서 내 그림자를 따라 보면 됩니다.

이제 손잡이를 오른쪽 끝까지 끌어 보세요.

해가 42도보다 높아지면 무지개가 아예 안 보입니다. 한가운데가 땅속 42도보다 깊이 내려가는데 무지개의 반지름이 42도뿐이니, 동그라미가 통째로 땅에 묻힙니다.

한반도에서 이것이 무슨 뜻인지 숫자로 봅시다. 서울에서 한낮 해의 높이는 이렇습니다.

• 하지(6월 21일 무렵) 정오 — 약 76도
• 춘분·추분 정오 — 약 52도
• 동지(12월 21일 무렵) 정오 — 약 29도

그러니 여름 한낮에는 소나기가 그쳐도 무지개가 생길 수 없습니다. 해가 42도 아래로 내려오는 늦은 오후가 되어야 합니다. 반대로 겨울에는 한낮에도 가능합니다 — 다만 겨울에는 비가 귀할 뿐입니다.

여름에 무지개를 봤다면 아마 아침이나 저녁이었을 겁니다. 기억을 더듬어 보세요.

그림에서 점선을 보세요. 땅 아래로 이어지고 있습니다.

무지개는 원래 온전한 동그라미입니다. 땅이 아래쪽을 가려서 활처럼 보일 뿐입니다.

그러면 땅이 가리지 않으면 어떻게 될까요. 실제로 그런 자리가 있습니다.

• 비행기 창밖 — 아래쪽까지 트여 있어 동그란 무지개가 보입니다
• 높은 산꼭대기나 폭포 위 — 아래쪽 물보라에도 무지개가 서서 둥글게 이어집니다

여기서 한 가지가 더 따라 나옵니다. 무지개는 어느 한 자리에 있는 물건이 아닙니다. 내 눈을 꼭짓점으로 한 원뿔 모양의 방향들에서 오는 빛입니다.

그래서 다가갈 수 없습니다. 내가 걸어가면 무지개도 같이 옮겨 갑니다. 그리고 옆 사람은 나와 다른 물방울이 보낸 빛을 보고 있습니다. 같은 무지개를 보는 것처럼 말하지만, 사실은 각자 자기 무지개를 보고 있는 것입니다.

한가운데가 해의 반대쪽이라는 것 하나로 어느 쪽 하늘을 봐야 하는지가 정해집니다.

• 아침 — 해가 동쪽에 있으니 무지개는 서쪽 하늘
• 오후 — 해가 서쪽에 있으니 무지개는 동쪽 하늘

한반도의 소나기는 여름 오후에 잦습니다. 그러니 우리가 실제로 보는 무지개는 대개 동쪽 하늘에 섭니다.

여기서 옛말 하나가 풀립니다. "아침 무지개는 비, 저녁 무지개는 갬."

왜 그럴까요. westerlies 편에서 배운 것을 쓰면 됩니다 — 한반도의 날씨는 서쪽에서 옵니다.

• 아침 무지개가 보인다 → 서쪽 하늘에 비구름이 있다 → 그것이 이쪽으로 온다 → 비
• 저녁 무지개가 보인다 → 동쪽 하늘에 비구름이 있다 → 그것은 이미 지나간 것 → 갬

무지개가 날씨를 만드는 것이 아니라, 무지개가 선 쪽이 비구름이 있는 쪽입니다. 그것을 서풍과 겹쳐 읽으면 앞일이 보입니다. 옛사람들은 까닭은 몰라도 그 겹침을 알고 있었습니다.

운이 좋으면 무지개가 둘 보입니다. 바깥의 흐릿한 것이 2차 무지개입니다.

까닭은 간단합니다. 물방울 안에서 한 번이 아니라 두 번 되비친 빛입니다. 되비칠 때마다 빛이 새어 나가므로 훨씬 흐립니다.

두 번 되비치면 나오는 각이 달라집니다. 이번에는 51도보다 작아지지 못합니다 — 천장이 아니라 바닥입니다. 그래서 1차 바깥에 섭니다.

그리고 빛깔 차례가 뒤집힙니다. 되비침이 한 번 더 들어가면서 안팎이 바뀌기 때문입니다.

• 1차 — 빨강이 바깥, 보라가 안쪽
• 2차 — 보라가 바깥, 빨강이 안쪽

이제 둘 사이를 보세요. 1차는 42도보다 바깥으로 빛을 안 보내고, 2차는 51도보다 안쪽으로 빛을 안 보냅니다. 그러면 그 사이 42도에서 51도는?

어느 쪽 빛도 오지 않아 눈에 띄게 어둡습니다. 이 띠에 이름이 붙어 있습니다 — 알렉산더의 어두운 띠입니다. 1800년 전 사람이 알아차린 것입니다.

쌍무지개를 보게 되면 두 활 사이를 꼭 보세요. 하늘이 거기만 한 겹 어둡습니다.

지금 이 동네 값을 가져오지 못했습니다. 오늘이 어떤 날인지 화면은 모릅니다. 모르는 것을 아는 척하지는 않겠습니다.

그래도 이 단계는 그대로 됩니다. 무지개는 기다릴 필요가 없으니까요 — 물방울과 해만 있으면 됩니다.

• 맑은 날 늦은 오후에 밖으로 나갑니다. 해가 낮아야 합니다
• 해를 등지고 섭니다. 내 그림자가 앞으로 길게 뻗어야 합니다
• 호스나 분무기로 그림자 쪽 허공에 물을 뿌립니다
• 물보라 속을 보면 무지개 조각이 섭니다

확인할 것이 셋입니다.

• 빨강이 바깥인가
• 몸을 옮기면 무지개도 따라 옮겨 가는가 — 물보라는 그대로인데요
• 옆 사람에게 물어보세요. 같은 자리에 보이나요?

오늘 비가 오고 있다면 그치는 참을 노려 보세요. 서쪽 하늘이 먼저 트이면 늦은 오후에 동쪽 하늘을 보십시오.

그리고 손으로 재 보세요. 팔을 뻗고 손을 폈을 때 엄지 끝에서 새끼손가락 끝까지가 약 20도입니다. 그림자 끝에서 무지개까지는 그 두 배쯤입니다.

42도는 외울 숫자가 아니라 손으로 재는 숫자입니다.