한겨울의 맑은날 밤, 도시 하늘을 올려다보면 공기 속에서 곧게 솟은 빛기둥이 눈에 들어올 때가 있다. 멀리서 보면 마치 하늘로 향하는 거대한 스포트라이트처럼 보인다 하지만, 실제로는 빛이 위로 뻗는 것이 아니라, 지상의 불빛이 공중에 떠 있는 얼음 결정에 반사되어 생긴 착시 현상이다. 눈에 보이는 기둥은 빛이 길게 뻗은 것이 아니라, 반사광이 한 방향으로 겹쳐져 나타난 결과다. 이 신비로운 현상은 대기광학의 대표적인 예 중 하나로, 겨울철 맑고 차가운 날씨가 만들어내는 자연의 예술이라 할 수 있다.
얼음 결정이 만든 하늘의 거울
기온이 영하로 떨어지고 바람이 거의 없는 날, 공기 중의 수증기는 육각형의 납작한 얼음 결정으로 변한다. 이 결정들은 낙하할 때 공기 저항 때문에 평평한 면을 아래로 향한 채 천천히 떨어진다. 바로 이 평평한 면이 거울처럼 작용한다. 가로등, 자동차 헤드라이트, 간판 불빛 등 지상의 인공광이 이 결정면에 부딪히면 반사되어 관찰자의 눈으로 들어온다. 반사된 빛들이 수직 방향으로 늘어선 듯 보이면서, 마치 하늘로 곧게 솟은 기둥 같은 착시를 만든다. 실제로 빛이 하늘로 올라가는 것이 아니라, 수천만 개의 작은 얼음 결정이 동시에 반사된 빛을 우리가 한눈에 인식하기 때문에 생기는 시각적 환상이다.
빛기둥이 생기기 위한 조건
이 현상은 아무 때나 일어나지 않는다. 첫째, 기온이 -10도 이하로 떨어져야 하며, 둘째, 공기가 정체된 상태여야 한다. 바람이 조금이라도 불면 얼음 결정이 기울어지거나 회전해 반사가 흐트러진다. 또한 공기 중 수증기 양이 너무 적으면 결정이 생기지 않고, 반대로 습도가 지나치게 높으면 결빙이 불안정해 빛이 퍼져버린다. 그래서 대체로 한겨울 맑은 밤, 기온이 급격히 내려가는 시점에만 나타난다. 한국에서는 강원도 산간이나 경기 북부처럼 기온이 낮은 지역에서 가끔 관찰되며, 북유럽이나 캐나다, 러시아에서는 매년 겨울 자주 볼 수 있다.
색과 형태는 도시의 불빛이 결정
빛기둥의 색은 반사되는 광원의 종류에 따라 달라진다. 주황빛 나트륨 가로등이 많은 지역에서는 붉은 기둥이, 백색 LED 조명이 많은 도심에서는 흰빛이나 푸른빛 기둥이 세워진다. 여러 색의 조명이 섞이면 하늘 위에 다채로운 색의 빛기둥이 동시에 나타나, 마치 인공 오로라처럼 보인다. 얼음 결정의 크기와 모양이 균일할수록 빛기둥이 선명하게 보이고, 결정 크기가 불규칙하면 빛이 퍼져 흐릿해진다. 이렇게 생긴 빛기둥은 대기가 안정되어 있다는 신호로 해석되기도 한다.
낮에도 나타나는 태양기둥
낮에도 비슷한 현상이 나타나는데, 이번에는 인공 불빛이 아닌 태양빛이 원인이다. 태양이 지평선 근처에 있을 때, 햇빛이 공중의 얼음 결정에서 반사되어 수직으로 뻗은 빛줄기처럼 보이는 현상을 ‘태양기둥(Sun Pillar)’이라 한다. 원리는 완전히 동일하다. 다만 광원이 태양이냐 인공 조명이냐의 차이만 있을 뿐이다. 낮에는 햇빛이 강해 잘 눈에 띄지 않지만, 해질 무렵이나 일출 직전에는 오히려 붉은빛의 태양기둥이 선명하게 보인다.
카메라에 담긴 빛의 예술
빛기둥은 육안으로 봐도 충분히 인상적이지만, 사진으로 담을 때는 그 아름다움이 배가된다. 긴 노출로 촬영하면 육안으로 볼 때보다 훨씬 선명하게 빛의 기둥이 표현된다. 어두운 하늘과 대비되어 초현실적인 분위기를 만들며, 겨울밤 특유의 정적함과 차가운 공기의 느낌까지 함께 담긴다. 다만 기온이 조금만 오르거나 바람이 불면 결정 구조가 무너져 금세 사라지기 때문에, 관찰 타이밍이 매우 중요하다. 보통 새벽 무렵, 기온이 가장 낮고 공기가 고요할 때가 가장 좋은 시기다.
자연과 도시가 만들어낸 만든 공동 작품
빛기둥은 순수한 자연현상이라고 하기엔 인간의 흔적이 깊이 담겨 있다. 인공 조명이 없으면 눈에 띄지 않고, 조명이 아무리 많아도 기온이 충분히 낮지 않으면 생기지 않는다. 즉, 자연과 인간이 함께 만든 공동의 작품이다. 도시 불빛과 겨울 공기, 얼음 결정이 한순간에 조화를 이루며 만들어낸 하늘의 조명이라 할 수 있다.
얼음이 켜 올린 겨울 하늘의 등불
빛기둥은 단순한 겨울 장식이 아니다. 대기 속의 미세한 얼음 결정 하나하나가 거울처럼 작동하며, 그 위에서 반사된 빛이 하늘을 밝힌다. 우리가 보는 기둥은 실제로 하늘로 향하는 빛이 아니라, 지구가 스스로 반사해 올린 빛이다. 짧은 시간만 머물다 사라지지만, 그 순간만큼은 자연과 과학이 완벽하게 조화를 이루는 순간이다. 겨울밤 하늘에 피어오른 이 빛줄기는, 차가운 공기 속에서도 여전히 살아 있는 지구의 숨결을 보여주는 가장 아름다운 장면 중 하나다.