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크리스마스에 눈이 내릴까?
 Science Column
신나는 과학 칼럼
작성자 류성철
작성일 2007/01/18 (목)
ㆍ추천: 0  ㆍ조회: 3883      
크리스마스에 눈이 내릴까?
류성철

12월은 크리스마스의 달입니다. 캐럴송이 거리에 울려 퍼지고 우리는 크리스마스하면 먼저 떠올려 기대하는 것이 있다면 화이트 크리스마스 즉 눈 내리는 크리스마스를 상상하지요. 하얀 눈은 아직도 신비스러움을 간직한 채 사람들의 마음을 포근하게 달래 주는 것 같습니다. 눈은 온 세상을 눈부신 흰빛으로 하얗게 감싸고 때묻지 않은 순백색의 정서를 우리에게 전달합니다. 함박눈이 내리는 밤이면 유난히 조용해지고 고요합니다.
 
거룩한 밤 고요한 밤 - 눈 오는 날은 고요하다.

눈 오는 날 밤은 유난히 아늑하고 조용하게 느껴집니다. 왜 그런 것일까요?
눈이 오면 도로나 자동차 나무 지붕 등에 눈이 덮입니다. 눈은 육방형의 결정이 모여 여러 가지 크기의 입자가 되고 그 입자가 모여 고체의 눈이 됩니다. 입자와 입자 사이에는 많은 틈이 생기고 이것이 흡음판의 구멍과 같은 작용을 합니다. 녹음실 같은 곳은 방에서 나는 소리의 반사와 울림을 차단하기 위해서는 방의 벽에 흡음재를 사용합니다. 이 때 흡음재는 흡음 구멍이 많은 흡음판을 많이 이용합니다. 방안의 소리가 퍼져 나가면서 흡음판의 표면에서 약간 반사되고 나머지는 벽이나 천장에 있는 흡음판의 구멍 속으로 소리가 들어갑니다. 흡음판에는 구멍이 많이 있기 때문에 소리는 미로처럼 되어 있는 수많은 구멍의 여기저기에 부딪치고 반사되는 사이에 소리가 갖고 있는 에너지 대부분이 열로 바뀝니다. 소리가 약해지면서 없어지는 것입니다. 눈의 결정 사이에 있는 수많은 구멍과 틈이 흡음판의 흡음 구멍의 역할을 합니다. 즉 눈이 흡음재가 되어 주변이 조용해지는 것입니다. 눈은 주파수가 600Hz 이상의 소리에 대해서는 특히 흡음률이 높아 0.8에서 0.95 정도가 된다. 이것은 우수한 흡음재인 유리솜과 같은 정도의 흡음성입니다. 흡음률 1이란 활짝 열어 젖힌 창문처럼 소리가 반사하지 않고 아무런 방해를 받지 않으며 지나가는 것을 말하고 흡음률 0.1이란 90%가 반사되는 것을 뜻합니다. 크리스마스에 눈이 내린다면 정말로 고요한 밤 거룩한 밤이 될 것입니다.

눈의 결정은 왜 육각형일까

눈의 결정을 사진으로 보면 육각형이나 육각기둥 모양을 하고 있습니다. 왜 그렇게 아름다운 모양을 하고 있는 것일까요? 눈이 오는 날 검은 천과 돋보기를 준비하여 그 모양을 관찰해보면 눈송이의 결정 모양이 대부분 육각형이라는 것을 쉽게 알 수 있습니다. 왜 눈의 결정은 육각형이 많은 것일까요? 눈의 성분은 물입니다. 눈 결정은 물 분자들이 안정한 배열을 하여 얼어붙은 것이다. 결국 육각형 눈 결정은 물 분자들이 육각형으로 배열될 때 가장 안정하다는 것을 보여줍니다. 왜 육각형으로 배열될 때 안정한 것일까? 물 분자는 서로 수소결합을 하고 있기 때문입니다. 이로 인하여 물 분자들은 육각고리형으로 배열되고 그렇게 구조를 갖고 있습니다.
아득한 옛날부터 헤아릴 수 없이 많은 눈의 결정이 땅 위에 떨어졌을 것이다. 그 눈의 결정 하나하나는 보석과 같은 형상을 하고 있다. 그런데 지금까지 알려진 바로는 서로 똑같은 모양을 한 눈의 결정은 없다.
눈은 공기 중의 수증기가 결정을 이루어 기하학적 형태를 이룬 것인데 결정의 모양은 공기의 온도와 거기 포함된 수증기의 양에 따라 좌우된다. 눈의 결정은 언제나 여섯모 꼴을 하고 있으며 앏은 판 모양 바늘 모양 기둥 모양 별 모양이라는 4가지 기본형 가운데 어느 하나를 갖고 있다.
결정이 떨어져 따뜻한 공기 속으로 들어오면 약간 녹아 서로 달라붙어 눈송이가 된다. 그래서 땅 위에 쌓인 눈은 제 나름대로 자체의 온도를 나타내준다. 눈의 대체적인 온도는 밟을 때 나는 소리로 알 수 있다. 영하 5도에서는 소리가 높아지기 시작하고 온도가 더 낮아짐에 따라 더욱 높은 소리를 낸다. 영하 15도로 떨어지면 바이올린의 최고음을 서투르게 긁어댈 때 나는 마냥 듣기 거북한 소리를 낸다. 온도가 더 내려가면 금속판을 칼로 긁어대는 소리가 난다.
우박은 눈과 다르다. 얼음의 결정이 우박의 핵이 되어 그 둘레에 물이 얼어붙는다. 작은 우박알갱이는 상승기류에 실려 대기 상층의 동결대에 되돌아가 양파처럼 켜를 이루어 겹겹이 쌓인다. 그래서 무게가 무거워져 상승기류가 지탱할 수 없게 되면 땅으로 떨어진다.
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2011-01-28 04:27
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