흔히 하늘의 색깔이 푸른 색이라는 것에 대해
물리학자들이 말한 빛의 산란의 결과라고 하는 것에 대해 아무 이의를 달지 않을 것이다.

그런데,
만일 산소 액체의 색깔을 보신 분들이라면
하늘의 색깔은 빛의 산란의 결과가 아닌
바로 산소의 색깔은 아닐까? 하는 생각이 들 수도 있다.

산소 색깔은 어떤 색일까?
산소 기체의 순수도가 매우 높을 때는 가을 하늘 색이며,
산소의 순수도가 약간 낮을 때는 보통 이산화탄소가 녹은 색인데,
보통 하늘 색이다.

대기에는 무색의 질소와 푸른 색의 산소가 주성분으로 알려져 있지만,
그곳에는 수분이라는 중요한 요소가 또 있다.
물방울이나 분자 상태의 물분자들은 정말로 빛을 산란시킨다.
그래서 백색광의 흰색을 강화시킨다.
습도가 높은 날은 그래서 하늘이 하얗다.

대기 중의 수분은 푸른 색을 하늘색으로 바꾸고,
산소에 녹은 이산화탄소는 색깔을 푸른색에서 하늘색으로 바꾸어준다.

편광판으로 태양을 오른 쪽에 놓고 태양의 90도 각도로 맑은 하늘을 보면
태양빛의 산란된 것들은 태양 방향의 위상(관찰자의 수평 방향 위상)의 빛이 많이 사라지기 때문에
편광판을 돌려 편광판의 투과 위상을 수평으로 놓으면 갑자기 어두워 보인다.
(일반 편광판으로 볼 때는 수직 방향 위상의 빛은 80% 이상 편광판을 뚫고 들어올 수 없다.)

편광판으로 볼 때에 브루스터 각에 맞출 때 물리학자들의 이야기를 빌면 산란된 파란색이 사라지고
원래 방향에서 오던 모든 빛은 그대로 보여야 한다.
그런데, 비록 어두워지긴 했지만 80% 이상 줄어든 빛이 아니고, 푸른 색이 그대로 보인다.
반사된 빛의 양이 줄어들어 어두워지기는 했어도, 푸른 색이 살아있다는 말이다.
그 이야기는 산란한 빛이 사라져도 푸른 색깔이 남는다는 것이므로
그것은 산소의 색깔이라고 생각할 수 있다.

물론 편광판의 편광 차단율이 99% 이상이 되면 더 확실한 결과를 알 수 있을 것이다.
그러나 이 정도라도 일단 의문을 표할 수 있을 것이라고 생각한다.

그리고 빛이 산란되어 푸른 색이 나타난다고 하는 이론을 믿는다고 해도 의문은 계속 남는다.
왜냐하면 브루스터 각은 약 59도인데, 빛이 반사되어 꺾어진 각은 입사와 반사를 합하여 118도라는 말이다.
즉 다음 그림과 같이 태양을 측면에 두고 볼 때 반사된 빛의 양이 가장 많이 줄어든다.
그런데 사실 어느 점만을 향해서 볼 수 있는 것이 아니라서
시선의 연장선 상의 지점들은 그 각이 모두 거의 몇도에서 백수십도까지 나타나므로
모두 브루스터 각이라고 할 수는 없다.

그래서 대충 햇빛을 측면으로 두고 편광판을 보게 된다.
맑게 개인 날 해의 바로 옆이나 해와 나를 연결한 선의 반대편을 향하여 편광판을 들이대고 보면
빛의 양이 거의 줄어들지 않는다.
그리고 푸른 색은 그대로 살아있다.
그것은 브루스터 각에서 멀어졌을 때
해와 반사 지점과 눈을 연결한 평면에 대해 나란한 위상의 편광이 사라지거나 줄어들지 않고 그대로 편광판을 통과한다는 말이다.

다시 말하면, 굴절 또는 반사될 때 방해받지 않고 굴절되고 반사되어 돌아온다는 말이다.
그러므로 편광판을 통해서 볼 때에 빛의 양이 줄어들지 말아야 한다.
그것은 관찰 결과 사실이다.
태양의 반대편과 태양쪽은 빛의 양이 줄지 않고 수직 방향만 줄어든다는 말이다.
이것은 반사된 빛이 그림과 같은 각도일 때는 평면에 나란한 한쪽 편광이 많이 줄어들어야 한다는 것과 같다.

그런데 빛의 파장이 짧은 것이 잘 산란 반사된다고 하였으므로
우리 눈에 들어오는 파란 빛이 편광판을 통해서 그림과 같이 볼 때는 들어오지 말아야 한다.
물론 일반 편광판으로는 대략 80% 정도 줄어들어야 한다.
그런데 어두워지기는 하지만,
푸른 색깔은 줄어들지 않는다.

이러한 관찰 결과는 무엇을 의미할까?
다음은 산소를 액화시켜서 찍은 사진이다.
순수도가 높은 산소는 가을 하늘의 푸른 색이며,
약간의 이산화탄소가 녹은 것은 다음과 같이 습도가 높은 보통 하늘색이다.
사실 손전화로 찍은 사진이라서 약간 색깔이 밝게 나와 푸른색이 흐려졌다.
오늘 이곳의 하늘색은 사진과 거의 색이 비슷하다.
에전에 얻었던 것은 이것보다 더 푸르렀다.

액체 산소를 얻기 위해서는 액체 질소가 필요하다.
그리고 잘 통제된 상태 하에서 얻어야 순수한 산소가 얻어진다.
사진은 액체 질소를 주전자에 붓고 그 속에 비닐봉지를 넣고 산소 봄베의 호스를 담아 약간 흔들면서 얻은 것이라서
약간의 대기 중의 이산화탄소가 섞여 있다.
그 이유는 이산화탄소가 먼저 승화하여 모인 곳에 산소가 액화되기 때문이다.
통제를 잘 하면 가을 하늘의 푸른 색 하늘색으로 보인다.

질소는 무색이며, 이산화탄소도 무색이다.
산소의 색은 푸른색이며,
두터운 대기 층에 21%를 차지하는 산소의 색은 무시할 수 없다.
기체의 색과 액체의 색이 다르다고 말할 수도 있겠으나,
상변화에 따른 색변화를 고려하자고 해도 액체 분자 사이의 거리가 멀어서 색이 변할 염려는 없다.
참고적으로 산소의 원자 반지름은 60pm이고, Van der Waals 반지름은 140pm이다.
그러므로 액체 상태에서 산소 분자와 분자 사이의 거리는 그보다 멀다고 판단된다. 

진동수(Hz)	파장	종  류	발 원
4×1014～7×1014	770nm～380nm	가시광선	최외각전자

대기 중에 있는 수분이나 미립자들에 의하여 산란된 빛은 대체로 백색광이며,
그것은 습도가 높은 날 태양을 등지고 서서 편광판을 돌려보면 특정한 각에서 백색 빛의 양이 줄어들어 쉽게 알 수 있다.
수분에 의해 산란 또는 반사된 빛은 대양을 옆으로 놓든 약간 비스듬하게 등을 지든 상관없이 특정 위상의 모든 종류의 편광 빛이 사라진다.

이와 같이 약간은 거칠게 실험한 바에 의하면
대기의 푸른 색은 산소의 색깔일 가능성이 매우 높다.
대기층은 매우 두터우며, 산소의 양은 대기의 21%를 차지하기 때문이다.
그리고 빛이 산란되는 것은 푸른색으로 보이도록 하는 것에 영향이 있기는 하지만, 큰 영향을 주지 않는다고 생각할 수 있다.

이것은 관찰의 결과이며,
더 자세한 결과를 얻기 위해서는 다음과 같은 조건이 필요하다.
1. 순수한 액체 산소를 얻어 정확한 색깔을 구한다.
2. 대기 습도에 따른 하늘 색을 구별해 놓는다.
3. 습도가 매우 낮은 하늘의 색깔를 구한다.
4. 푸른 빛이 산란에 의해 우리눈에 들어온다는 것을 증명하기 위해 99% 이상의 편광을 실현하는 편광판으로 실험한다.
5. 산란된 빛보다 직접적으로 태양으로부터 오는 하늘 빛을 구한다.

참고적으로 CRC Handbook을 보면 산소는 액체와 고체 상태에서 옅은 푸른색을 나타내며, 기체 상태에서는 색깔이 없다고 써있다.
그러나 그 기체의 색깔을 나타내는 범위는 어느 정도인지 나타나 있지 않은 것으로 보아 실험실 수준으로 보인다.
대기층이 약 80km정도에 성분의 비율이 변하지 않는 것으로 보아
산소가 농도가 진하든 묽든 80km의 21%를 차지한다면
옅은 푸른색이 나타나지 않을까?
이것은 직접 실험했거나 누군가가 실험해서 나타내지 않았기 때문에 확실하진 않지만,
위의 데이터 중 가시광선은 최외각 전자들의 수준에서 영향받으므로
그보다 먼 거리의 분자들 사이에서 영향받을 염려는 없을 것 같다.
혹시 액체 산소 분자들 사이의 거리가 여기된 상태와 바닥 상태로 변화되어 색의 영향을 주는 데이터가 있으면 제공해주시길 바란다.

아무튼 태양 바로 옆을 편광판을 돌려서 볼 때에는 산란된 파란색은 어떤 각으로도 줄어드는 것이 보이지 않으며
그 각도는 산란된다고 가정되는 파란 빛과 산란되지 않는다고 가정하는 다른 빛의 양이 조금도 변하지 않는다.
그래도 하늘의 색을 파란색이다.
다시말하면 산란되든 산란되지 않든 태양 쪽에서 오는 빛은 어떤 편광이라고 하더라도 줄어들지 않는다.
그런데도 파란색이라고 하는 것은 태양 빛이 산란되어 대기가 파란색이라고 하는 말에 의구심을 갖도록 한다.

아무튼 여기에서 말하고자 하는 것은
하늘의 색이 푸른 것은 산란에 의한 것이 약간이요,
주로 산소에 의한 것은 아닌가 하는 것이다.