세상에는 수많은 종류의 에너지가 있고, 그중에는 특정 매질 없이 원격으로 전달될수 있는 종류의 것도 있다.
그리고 그런 원격 에너지는 전자기파를 통해서 전달이 될수 있다.
인간에게는 이런 전자기파를 수용할수 있는 감각기관이 있는데 그것은 다름 아닌 눈이다.
전자기파에는 다양한 대역의 파장이 있고, 인간의 눈은 그 수많은 파장대역들 중에서 특히 대략 400~700nm 정도의 파장을 가지고 있는 전자기파만 수용할 수 있다.
이런 종류의 파장이 눈과 만나면 우리는 그 에너지를 신경에너지로 전환하고 정보화 하여 볼수가 있게 된다.
그리고 이 인간이 볼수 있는 파장대의 전자기파를 우리는 흔히 빛 또는 가시광선 이라고 한다.
(가시(可視)광선은 그 뜻 자체가 볼수 있는 대역이라는 내용을 내포하고 있기 때문에 제목이 아는 사람에게는 우문일수 있음)
이상한 것은 이 가시광선이 전체 전자기파 대역중에서도 대단히 좁은 영역이라는 것이다.
아래 그림이 전자기파 대역중에 가시광선 대역을 표시한 것이다.
이것은 그나마 로그 스케일로 표시했기에 이정도이지 실제로의 가시광선 대역은 훨씬더 협소하다.
그리고 더 이상한 것은 인간의 눈만이 이런 협소한 대역의 전자기파만 사용하는것이 아니라(물론 예외는 있지만)대부분의 동물들도 그렇다는 것이다.
왜 이럴까? 이왕이면 모든 대역에 다 반응 하면 될텐데 그렇지 않은 데는 무슨 필연적인 이유라도 있는 것일까?
그 이유는 아마도 태양의 복사 에너지에서 부터 찾아야 할것이다.
알다시피 지구의 모든 전자기파는 (별이나 달이나 행성같은 사소한 것을 제외한다면) 태양으로 부터 나온 것이다.
그렇게 때문에 태양의 복사 에너지 스펙트럼 분포는 인간의 전자기파 수용 스펙트럼 대역과 밀접한 관련을 가질수 밖에 없다.
아래 그림에서의 빨간색 영역은 해수면 에서의 전자기파 대역별 에너지 세기를 표시한 것이다.
다행히도 해수면에서의 태양 복사 에너지 대역은 가시광선 대역과 상관을 가진다 할수 있다.
태양 복사 에너지 대역에서 가시광선(Visible) 대역이 가장 높기 때문이다.
자외선(UV)은 있지만 사소하고, 적외선(infrared)은 가시광선 보다 에너지의 세기가 낮다.
태양 복사 에너지 상태로만 본다면 250nm 이하나 2500nm이상의 대역은 거의 없기 때문에 지구상에 전자기파를 이용하는 생물들은 그런 종류의 전자기파 파장을 이용하는 기관은 가질 필요가 없다.
다만, 인간의 눈이 이중 미약한 자외선 대역은 정보는 생깐다 치더라도, 적외선 대역의 에너지는 무시하기에는 너무 크다.
적외선은 단위 주파수당 에너지 세기는 가시광선보다는 작지만, 전체 대역으로 치면 가시광선보다 더 많기 때문에 적외선 영역에서도 분명 유용한 정보가 있을 것이다.
이럼에도 불구하고 (인간을 포함하여) 적외선 대역의 전자기파를 감지할수 있는 동물(또는 가시광선 대역의 파장이 1000nm 이상인 동물)이 드물다는 것은 대단히 이상하다 할수 있다.
이 이유를, 왜 인간이 적외선을 감지할수 없는지를 알아보려고 인터넷을 뒤저봤는데 아쉽게도 명쾌한 답을 제시한 것은 물론이고 그런 의문을 언급한 문서도 거의 없는듯 하다.
다만, 아래 그림은 나름의 설명을 제시하는 지도 모르겠다.
그림의 오른쪽, 지구복사는 이 이야기와 관련이 없기 때문에 무시하고, 왼쪽그림을 살펴보자.
그림에 따르면 태양에서 지구로 복사되는 총 에너지의 반은 지표면에 도달하지 못하고 밖으로 반사되고, 나머지 반은 지표면으로 흡수가 된다.
그리고 이중에서 주목해야하는 것은 지표면 반사 4%이다.
알다시피 우리의 일상에서 접하고 실질적으로도 필요한 전자기파 정보는 이 4% 지표면에서 반사된 것에서 나온다.
(왜냐하면 우리가 살펴보는 대상이 되는 지상의 사물은 거의 대부분 지표면 반사광이지, 사물의 복사광이 아님)
그러니까 지표면에서 전달된 54% 에너지중 90%가 넘는 50%는 지표면으로 흡수가 되고 일부는 우리의 눈을 통해 그 정보가 전달이 된다.
결론적으로 인간이 왜 적외선 대역을 볼수 없는지는 지표면 태양 복사 에너지 전자기파 대역이 아니라, 이 그중 4%인 지표면 반사 전자기파 대역을 살펴보아야 할것이다.
그리고 아마도 이 4%의 주파수 대역은 가시광선과 상당히 일치할것 같다. (나름 노력했으나 아쉽게도 이것과 관련된 속시원한 자료는 못찾겠음)
왜냐하면 적외선은 파장이 길어서 가시광선에 비해 반사율은 작고 투과율은 커서, 지표면 반사 에너지의 양도 상대적으로 적을듯 하기 때문이다.
정리하면 인간을 포함한 대부분의 동물들이 가시광선 대역만 수용할수 있는 이유는, 단지 가시광선 이외의 대역은 접할 일이 거의 없기 때문에,
그래서 가시광선대역만 수용하면 되기 때문에, 에너지 효율 차원에서, 다른 대역의 광선을 감지할 필요가 거의 없기 때문인듯 하다.
그리고 가시광선밖에 볼수 없는 이유는
1. 지구표면으로 전달되는 태양 전자기파로 부터 '자외선', '가시광선', '적외선' 이외 대역의 전자기파는 고려할 필요 없음.
2. 이중 '자외선'은 복사 에너지의 양이 약해서 고려하지 않아도 될듯함.
3. 나머지 '적외선'은 지표면에 대부분 흡수되어, 실질적으로 동물들이 접하는 지표면 반사 전자기파 대역에서 거의 사라질듯 함.
4. 그리하여 결론적을 가시광선 대역만 남음.
* 혹시 이 질문에 대한 적절한 답을 아시는 분은 지적 바랍니다.
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