위쪽 사진을 보면 오토바이가 물 위를 달리는 것처럼 보인다. 하지만, 우리의 시야와 달리 물이 없는 아스팔트를 달리는 것일 뿐이다. 그렇다면 오른쪽 사진에 보이는 비행기의 모습은 어떠한가? 멀리서 이륙하는 듯한 비행기가 활주로가 아닌 물 위를 달려가는 것처럼 보인다. 물론 위 사진과 마찬가지로 실제로는 물이 없는 상태이다. 그렇다면 이러한 현상은 과연 무엇일까? 우리의 눈이 잘못된 것이 아니라 바로 신기루의 일종인 ‘땅거울 현상’이다. 이제부터 신기루 중 하나인 ‘땅거울 현상’에 대해 자세히 알아보자.
먼저, 신기루란 밀도가 서로 다른 공기층에서 빛이 굴절함으로써 멀리 있는 물체가 거짓으로 보이는 현상이다. 어떤 조건하에서 포장도로나 사막 위의 공기는 강렬한 햇빛으로 뜨겁게 가열되고, 고도가 높아짐에 따라 급속히 냉각되므로 밀도와 굴절률이 커지는 특징이 있다. 또한 신기루라는 명칭은 중국의 상상의 동물인 이무기가 숨을 내쉴 때 보이는 누각이라는 뜻이다. Mirage는 프랑스 말의 의미로 "to look at in wonder"로 miracle과 관련이 있다.
그렇다면 신기루가 발생하는 원리는 무엇일까? 신기루는 특별한 상태의 대기가 인간의 눈에 작용해서 허상을 보이게 하는 마술 같은 현상입니다. 흔히 착시현상이라고 볼 수도 있고 물이 만들어 낸 것이라는 의미에서 수막현상이라고도 불린다. 우리가 물체를 볼 수 있는 것은 물체에 반사된 빛이 우리 눈에 머물기 때문인데, 보통은 물체에 반사된 빛이 직선으로 들어오게 된다. 그런데 공기 속을 통화하면서 빛의 속도는 떨어지기 마련이다. 같은 공기 속에서일지라도 특히 밀도가 클수록 속도가 떨어지게 된다. 빛은 밀도가 큰 쪽으로 굴절하는데, 공기가 따뜻하면 밀도는 작아지고 공기가 차가우면 커지므로 공기의 밀도와 온도에 따라 빛의 굴절 정도는 달라지게 되는 것이다.
이렇게 되면 땅거울 현상을 만든 주범은 무엇이 될까? 신기루 현상은 사막이나 바다에만 있는 것이 아니라 흔히 볼 수 있는 것인데 뜨거운 공기층이 있기에 지평선 너머에 있는 물체로부터 나오는 빛이 이 뜨겁고 두터운 공기층에 부딪쳐서 반사되어 우리의 눈에 들어오게 되는 것이다.
결과적으로 우리의 호기심을 자극하는 신기루 현상은 빛의 굴절 때문이다. 빛의 굴절이란 빛이 공기 중에서 물이나 유리를 통과할 때 빛은 꺾여서 나아간다. 이렇게 빛이 성질이 다른 두 경계면을 통과할 때 꺾여 지는 현상을 말한다. 이처럼 빛이 굴절하는 이유는 빛이 나아가는 곳이 공기에서 물이나 유리처럼 다른 종류로 들어갈 때 빛의 진행속도가 달라지기 때문이다. 속도가 빨라지거나 느려지기 때문에 다른 매질 즉, 빛이 통과 하는 서로 다른 물질로 들어갈 때 굴절이 되는 것이다. 우리의 실생활에도 아주 가까이 접근해 있는 것이 빛의 굴절 현상이다. 여름철 수영장에 서 있는 내 다리가 유난히 짧아 보이는 것, 유리컵에 빨대를 넣었더니 휘어 보이는 것, 물 속에 동전을 던지면 떠 있는 것처럼 보이는 것 모두가 빛의 굴절로 인한 현상들이다. 마치 우리를 속이는 것만 같았던 신기한 신기루 현상 또 땅거울 현상 모두가 우리가 알고 있는 빛의 굴절 때문인 것이다.
신기루의 정의에 대해 알아보면 물체가 실제의 위치가 아닌 위치에서 보이는 현상이다. 불안정한 대기층에서 빛이 굴절하면서 생기고 사막이나 극지방의 바다처럼 바닥면과 대기의 온도차가 큰 곳에서 쉽게 관찰할 수 있다. 또한 신기루는 굴절현상으로 발생하며, 더운 공기와 찬 공기에 의한 경우로 나누어 볼 수 있다. 더운 공기가 흐르는 여름철 오후에는 지면 온도가 몹시 높아지는데 이때 가열된 아스팔트 도로를 차가 달릴 때 전방의 노면에 물웅덩이가 보이면서 사람이나 가로수가 어른거리는 것 같이 보일 때가 있다. 그러나 접근해감에 따라 곧 사라지고 얼마쯤 전방에 물웅덩이가 또 나타나게 되는데, 이러한 현상은 신기루의 일종이다. 특히 지표 가까운 기층의 기온 변화가 크기 때문에 나타나는 현상이다.
이처럼 신기루의 일종인 땅거울 현상은 강한 햇빛이 땅 윗부분의 온도가 높아졌을 때 위쪽에서 아래쪽으로 비스듬히 들어오는 빛이 점차 구부러지고, 다시 밀도가 높은 윗층의 차가운 공기에 반사되면서 마치 거울이 있어 빛을 반사하는 것처럼 되는 것이다. 그리고 바로 그 반사되는 부분이 물이 고여 있는 물웅덩이 같이 우리 눈에 들어오는 것이다.
바람이 없고 맑은 더운 날 아스팔트 도로 등에서 바닥에 물이 고여 있는 모습을 보게 된다면 그 물웅덩이는 사실 물이 아니라 하늘인 것이다. 하늘에서 내려온 빛은 뜨겁고 밀도가 낮은 지면 위 공기층에서 휘게 된다. 이러한 원리로 지면에서 거울처럼 하늘의 모습이 비쳐보이는 신기한 현상이 일어나는 것이다. 또한 사막을 여행하다 마주하는 오아시스의 환상도 땅거울 현상이 원인이라고 할 수 있다.
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