KISTI의 과학향기

“예전 같으면 장마가 시작했어야 하는데 올 여름은 좀 이상하네요.”

6월말부터 7월 말까지 비오고 흐리는 날이 계속되는 장마. 예전에는 ‘오뉴월 장마’라 해서 음력 5~6월이 되면 흐린 날씨가 많고, 비오는 날도 늘어났다. 하지만 올해, 2010년에는 장마철인 7월초에 ‘장맛비’가 내리지 않는 날이 늘었다. 기상청 자료를 봐도 2010년 6월 11일부터 7월 10일 사이에 전국에 내린 비의 양은 108.5mm에 그친다. 이 기간에 평균적으로 내리던 강수량의 52.8% 수준이다. 예년보다 절반가량 비가 덜 온 이유는 무엇일까?

가장 유력한 원인으로 꼽히는 것이 북태평양고기압이다. 장마는 원래 오호츠크해고기압과 북태평양고기압 사이에 생긴 뚜렷한 전선이 북쪽으로 올라와 생기는데, 올해는 북태평양고기압의 힘이 약해져 장마전선을 북상시키지 못했다는 것. 기상청 분석 결과 북태평양고기압은 유난히 서남쪽에 치우쳐 있는 것으로 알려졌다.

또 한반도 북쪽에 자리 잡은 ‘대륙고기압’이 강하게 발달한 것도 하나의 원인이다. 대륙고기압이 중국 티베트 쪽에서 한반도 북쪽으로 세력을 확장해 장마전선이 북상하지 못하게 누르는 것이다. 하지만 7월말이 되면 북태평양고기압이 세력이 강해질 것이라는 예측이 나온다. 대기가 불안정한 지역에는 국지성 호우도 내릴 예정이라 예년보다 많은 비를 만날 수 있을 전망이다.

그런데 주룩주룩 장대처럼 내리는 장맛비와 후두두둑 쏟아지는 ‘소나기’의 빗방울은 다른 모양일까? 빗방울의 생김새를 떠올려보라고 하면 누구나 눈물방울 모습을 상상하게 된다. 윗부분이 뾰족하고 아래쪽이 둥근 원추처럼 생긴 모양이다. 하지만 빗방울이 눈물방울 모양이라는 생각은 우리의 고정 관념일 뿐이다.

비의 종류를 나타내는 말에는 가루처럼 포시시하게 내리는 ‘가루비’도 있고, 달구로 짓누르듯 거세게 내리는 ‘달구비’도 있다. 또 비가 내리기 시작할 때 성기게 떨어지는 빗방울을 ‘비꽃’이라고도 부른다. 이렇게 빗줄기를 표현하는 말이 다양하듯 빗방울의 생김새도 가볍게 오느냐, 거세게 오느냐에 따라 조금씩 다르다.

실제로 빗방울은 크기에 따라 다른 모양을 하고 있다. 빗방울 크기가 1mm 이하인 경우에는 동그란 구형에 가까운 모양이고, 그보다 커지면 햄버거처럼 납작한 타원형이 된다. 4~4.5mm 이상 크기가 커지면 부서져서 다시 작은 구형의 방울이 된다.

이러한 현상은 빗방울에 영향을 주는 두 가지 힘, 표면장력과 공기의 압력 때문에 나타난다. 물은 표면을 최대한 작게 유지하려는 표면장력을 가지고 있는데, 크기가 작을 때는 공기의 압력보다 표면장력의 힘이 더 강해 둥근 구형 모양이 된다. 하지만 물방울의 크기가 점점 커지면 공기의 압력을 받으므로 납작한 모양이 된다. 크기가 더 커지면 도넛처럼 중앙 부위가 움푹 들어간 모양이 되다가 압력을 이기지 못하고 터져서 다시 작은 방울이 되는 것이다.

물을 동그란 방울로 만드는 표면장력은 물뿐 아니라 다른 액체도 가지고 있는 특성이다. 액체는 액체가 아닌 다른 것과 맞닿을 때 접하고 있는 표면을 최소화하려는 특성을 가지고 있다. 이때 표면장력이 큰 액체는 구 형태의 모습을 보이게 된다.

물은 표면장력이 강한 액체이기 때문에 방울진 모양을 흔히 볼 수 있는 반면, 표면장력이 약한 기름은 방울지지 못하고 퍼져 버리는 성질이 있다. 헬륨의 경우 표면장력이 0이라서 방울을 형성하기는 커녕 끝없이 퍼져 흘러버린다. 그래서 헬륨은 반드시 밀폐 용기에 보관해야 한다.

그런데 우리 눈으로 이런 빗방울의 모습을 확인할 수 있을까? 빗방울은 1초에 10m를 이동할 정도로 빨라 1초에 3층 건물 높이 가량을 떨어지게 된다. 우리 눈은 움직이는 물체를 식별하는 능력이 부족하기 때문에 동그란 빗방울의 모양을 확인하기는 어렵다. 대신 빠르게 연속해서 떨어지는 빗방울의 잔상이 눈에 남아 하나의 선처럼 보이게 된다. 비가 내리는 모습을 ‘빗줄기’라고 표현하는 것도 이 때문이다.

7월말 정도부터 본격적으로 많은 비가 내린다고 한다. 그 중에는 장대같이 내리는 장맛비도 있을 것이고, 비가 좀 잠잠해졌을 때는 조용하게 내리는 ‘보슬비’도 볼 수 있을 것이다. 하늘을 가득 채우고 떨어지는 비를 보며 친구나 동료들에게 ‘빗방울의 모습이 우리의 생각과는 달리 아주 다양하다’는 이야기를 해주며 커피 한잔 하는 것은 어떨까?

글 : 과학향기 편집부

※ 과학향기 제150호 ‘장마비와 이슬비의 빗방울 모양이 다르다?(2004년 6월 25일자)’에서 일부 내용을 발췌했음을 알려드립니다.