보이기는 하지만 보이는 위치에 실체가 없는 현상을 ‘신기루’라고 부릅니다. 더운 날 고속도로를 운전할 때 멀리 보이는 도로에 마치 물이 깔려 있어 주변 풍경이 이 물에 비치는 것처럼 보이는 경우가 있는데 이것도 일종의 신기루입니다. 이것은 빛이 물질의 경계면에서 꺾이거나 휘기 때문에 나타나는 현상입니다.
아무것도 없는 진공에서 빛은 초속 30만km로 가장 빨리 날아갑니다. 공기 중에서는 빛 속도가 이보다는 아주 약간 느리며 물속에서는 빛 속도가 25% 느려져 초속 22만5000km고, 유리 속에서는 33% 정도 느려져 초속 20만km입니다.
빛의 속도가 다른 두 물질이 만나는 경계면에서는 빛이 꺾입니다. 이를 스넬의 법칙(Snell’s law)이라고 부릅니다. 예를 들면 물과 공기의 경계면인 물표면 이나 유리와 공기의 경계면인 유리표면에서 빛이 꺾입니다.
기압이 높고 공기가 차가우면 공기의 밀도가 높아지면서 빛의 속도도 약간 더 느려집니다. 반대로 기압이 낮고 공기가 따뜻하면 공기의 밀도가 낮아지면서 빛의 속도는 약간 더 빨라져 진공에서의 빛 속도와 더 가까워집니다. 따라서 차가운 공기가 기압이 높은 아래에 깔리고 더운 공기가 기압이 낮은 위에 있으면, 멀리 있는 배가 실제로 있는 위치보다 더 높은 위치에 보일 수 있는 조건이 만들어지는 것입니다. 이런 조건에서 실제보다 위에 있는 것처럼 보이는 현상을 ‘위 신기루’(superior mirage)라고 부릅니다. 하지만 ‘위 신기루’ 현상이 나타나는 기상 조건은 흔하지 않습니다.
두 공기층이 만나는 영역에서는 공기의 밀도가 급격히 변하지 않고 상대적으로 서서히 변합니다. 이로 인해 빛의 방향도 서서히 변하기 때문에 빛이 휜다고 보는 것이 적절합니다.
도로의 열기가 도로 위의 공기를 데워 뜨거운 공기층이 도로 바로 위에 만들어질 때 일어나는 현상은 무더운 날 도로를 자동차로 달릴 때 도로의 먼 부분에 물이 깔린 것처럼 보이는 것이 그 경우입니다. 충분히 뜨거운 공기가 아래에 깔려 있고 상대적으로 차가운 공기가 위에 있는 이 상황에서는 도로 위의 풍경이 실제 위치보다 아래인 도로에 보입니다. 마치 도로 위에 물이 있고 도로 위의 풍경이 그 위에 비치는 것처럼 보입니다. 이렇게 실제보다 아래에 보이는 현상을 ‘아래 신기루’(inferior mirage)라고 부릅니다.
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