가시광선이란 무엇인가?

 

가시광선은 전자파, 적외선, 자외선, X선, 전자파와 마찬가지로 전자기(EM) 방사선의 일종이다.일반적으로 가시광선은 대부분의 인간의 눈에 보이는 파장으로 정의된다.

 

가시광선은 전자기 방사선의 일종으로 파장과 주파수가 다른 파장이나 입자로 전파된다.이 광범위한 파장은 전자기 스펙트럼으로 알려져 있다.이 스펙트럼은 일반적으로 파장을 감소시키고 에너지와 주파수를 증가시키기 위해 7개 영역으로 나뉜다.이러한 지역은 다음과 같다.

 

• 전파(0.4인치 또는 10mm보다 큰 전파) 극초단파(0.004인치와 0.4인치 사이 또는 0.1~10mm 사이)
• 적외선(IR)(0.00003~0.004인치 또는 740나노미터~100마이크로미터)
• 가시광선(0.000015 ~ 0.00003인치 또는 380 ~ 740나노미터)
• 자외선(UV) (파장 0.000015~0.00003인치 또는 380~740나노미터)
• X선(4 × 10^-7 ~ 4 × 10^-8인치 또는 100 피코미터 ~ 10나노미터)
• 감마선(4 x 10^-9인치 또는 100 피코미터 미만)

 

가시광선은 적외선(IR)과 자외선(UV) 사이의 전자파 스펙트럼 범위에 떨어진다.주파수는 초당 약 4×1014×10사이클14, 또는 헤르츠(Hz)의 주파수와 파장은 약 740나노미터(nm) 또는 2.9×10인치−5, 파장은 380nm(1.5×10인치−5)이다.

 

아마도 가시광선의 가장 중요한 특징은 색일 것이다.색은 빛의 본질적인 특성일 뿐 아니라 인간의 눈에 있는 세포의 인공물이다.물리학 하이퍼텍스트북에 따르면, 물체는 색깔을 가지고 있지 않다.오히려 색이 되기 위해 '보여주는' 빛을 발산한다.즉, 엘러트는 '색깔은 보는 사람의 마음 속에만 존재한다'고 쓰고 있다.

 

NASA의 미션 사이언스 웹사이트에 따르면, 우리의 눈은 콘이라고 불리는 전문화된 세포들을 포함하고 있는데, 이 세포들은 전자파 스펙트럼의 좁은 띠의 파장에 맞춰 조정된 수신기의 역할을 한다.인간은 가시 스펙트럼의 아래쪽 끝에 있는 빛을 보다 긴 파장을 가진 약 740nm의 빛을 붉은색으로 보고, 스펙트럼의 중간 부분에 있는 빛을 녹색으로 인식하고, 스펙트럼의 위쪽 끝에 있는 빛은 보라색으로 본다.우리가 지각하는 다른 모든 색깔들은 이 색깔들의 혼합물이다.

 

예를 들어, 노란색은 가시광선 스펙트럼의 빨간색과 녹색 영역 모두에서 나오는 빛을 포함한다. 청록색은 녹색과 파란색이 혼합된 것이고, 자홍색은 빨간색과 파란색이 혼합된 것이다.백색광은 모든 색을 조합하여 함유하고 있다.검은색은 빛이 전혀 없는 것이다.버지니아 대학의 물리학 교수 마이클 파울러의 웹사이트에 따르면, 백색 빛이 무지개의 색으로 이루어져 있다는 것을 최초로 깨달은 사람은 아이작 뉴턴이었는데, 그는 1666년에 좁은 슬릿을 통해 햇빛을 통과시킨 다음 프리즘을 통해 색색의 스펙트럼을 벽에 투사했다고 한다.

 

열 에너지는 어떻게 가시광선으로 변하는가?

 

NASA의 미션 사이언스에 따르면, 물체가 뜨거워질수록, 그것들은 더 짧은 파장에 의해 지배되는 에너지를 방출하는데, 이것은 우리가 색깔을 바꾸는 것으로 인식한다고 한다.예를 들어 블로토치의 불꽃은 뜨겁게 타오르도록 조절되면서 적색에서 청색으로 바뀐다.열 에너지를 빛에너지로 바꾸는 이러한 과정을 백일해라고 국제교육진흥원(IDEA) 웹사이트 WebExhibits.org에 따르면,

 

백열등은 뜨거운 물질이 열진동에너지의 일부를 광자로 방출할 때 생성된다.화씨 약 1472도(800도)에서 물체에 의해 방사되는 에너지는 적외선에 도달한다.온도가 증가하면 에너지가 가시 스펙트럼으로 이동하며 물체는 붉은 빛을 띠는 것처럼 보인다.물체가 뜨거워질수록 색깔은 "흰색 핫"으로 바뀌고 결국 파란색으로 바뀐다.

 

가시광선천문학

 

IDEA에 따르면 별과 같은 뜨거운 물체의 색은 그 온도를 추정하는 데 사용될 수 있다.예를 들어 태양의 표면 온도는 약 5,800 켈빈(9,980 F 또는 5,527 C)이다.방출되는 빛은 약 550nm의 피크 파장을 가지며, 우리는 이를 가시적인 백색 빛(또는 약간 노란 빛)으로 인식한다.

 

NASA에 따르면, 태양의 표면 온도가 약 3,000C로 더 차가우면, 별 베텔게우스처럼 불그스름하게 보일 것이라고 한다.만약 그것이 12,000 C 정도 더 뜨거웠다면, 그것은 별 리겔처럼 파랗게 보일 것이다.

 

천문학자들은 또한 각 원소들이 흡수 스펙트럼이라고 불리는 특정한 파장에서 빛을 흡수하기 때문에 어떤 물체로 만들어졌는지 결정할 수 있다.천문학자들은 원소의 흡수 스펙트럼을 파악함으로써 분광기를 사용하여 별, 먼지 구름, 그리고 다른 먼 물체의 화학적 구성을 결정할 수 있다.