지금은 도시의 조명 때문에 거의 불가능하게 되었지만, 어린 시절 평상에 누워 쏟아지는 별빛을 맞으면서 깜박 잠이 들었던 기억 한 조작은 간직하고 있으리라.

인공조명은 상상도 할 수 없었던 시절 어쩌면 그 때 원시 인류에게 밤하늘의 별을 헤이는 것은 유일한 오락거리였을지 모른다. 그들 눈 위로 쏟아지는 수많은 별들의 밝기가 다 같지는 않았으니 별의 밝기에 따라 등급을 매겼을 것이다. 이렇게 빛에 대한 관심은 시작되었다.

◆ 생활 속의 자연광원

태양은 자연광원의 대표적 존재이다. 태양의 표면에서의 복사휘도는 2.3 x 107 W/(㎡㏛), 지구대기권 밖에서의 복사조도(단위 태양상수라고 함)는 1 357 W/㎡ ,지구표면에서의 복사조도는 구름 및 먼지 등의 분포에 따라 600 W/㎡ - 900 W/㎡ 의 범위에 이르고 조명도는 약 10만 럭스(lx) 정도이다. 즉 이 정도의 복사조도의 세기로 에너지를 받아 지구의 사람을 포함한 생물들이 생존하고 있다고 할 수 있다.

만일 핵전쟁이 발생하여 핵구름이 지구의 대기권을 가리게 되면 핵 폭발시 발생되는 방사선, 폭풍 등에서 부터 살아남은 생물들 일지라도 충분한 태양의 에너지를 받지 못해 핵겨울이 되어 결국 모두 생존 할 수 없게 된다. 보름달빛의 최대 조명도는 0.43 lx 로 책을 간신히 읽을 수 있는 정도 이고, 별빛의 최대조명도는 0.0021 lx 정도 이라고 한다.

또 다른 자연광원으로 옛 선조들이 책을 읽을 때 썼다는 반딧불이 한 마리의 최대 조명도가 0.4 lx 정도이여서 여러 마리의 반딧불이를 잡아 불을 밝히면 불편하긴 해도 인내심을 갖기만 하면 독서는 가능할 정도이다. 그리고 야간에 숲속 혹은 공동묘지 부근에 도깨비불이라고 불리는 빛은 자연에 존재하는 인(phosphorus)에서 발생된다고 한다.

◆ 생활 속의 인공광원

인류의 큰 발명중 하나가 “불” 이라고 한다. 고기를 날로 먹다가 불로 익혀먹을 수 있게 되었고 이 불이 최초의 인공광원이라 할 수 있다. 그 이후 여러 인공광원이 발명되었는데 양초, 가스등, 그리고 에디슨의 획기적인 발명품인 백열전구, 형광등, 방전등, 레이저, PLS(Plasma Light Source) 그리고 LED 등 이 있다.

LED는 옛날에는 장비의 표시장치로 주로 사용되던 것이 지금은 전광판, 자동차 후미등, 및 교통신호등 및 보행등(그림1)으로 활용범위가 커지고 있으며 LED의 효율이 지금의 형광등 수준인 80 lm/W 정도 이상의 Red, Green, 및 Blue LED가 개발완료 된다고 추정되는 약 10년-15년 후 에는 기존 조명용으로 쓰이고 있는 형광등, 백열등, 방전등 등이 LED 로 대체되리라고 생각되며 이는 수명, 절전, 크기, 제어용이성, 환경 면에서 감히 혁명적이라고 말할 수 있다.

인공광원의 광 특성을 살표보면 가정에서 쓰이는 100 W 백열전구의 전복사속은 82 W, 전광선속은 1 749 lm, 40 W 형광등의 전복사속은 23 W, 중고등학교 과학실험실에서 사용되는 He-Ne 레이저의 복사속은 5 ㎽ 이고, 광선속으로는 0.82 lm 이다.

온도가 6500 K 인 흑체의 광휘도는 3 x 109 cd/㎡ 이다. 우리가 늘 가정에서 즐겨보는 TV의 광휘도는 약 100 cd/㎡ (백색기준) 정도이고, 특히 학생들이 책상위에서 책을 읽기에 적당한 조명도는 500 lx 정도는 되어야 눈의 건강에 좋다. 야간에 가로등에 의한 바닥면의 조명도는 약 10 ~ 30 lx 가 되도록 설계되어 있고, 야간 자동차 전조등 및 후미등의 각도에 대한 광도분포 및 색좌표가 규정되어 있어, 교행하는 차의 운전자에게 눈부심을 적게 해 주고 있다.

신호등 및 보행등도 광도 및 광휘도의 각도분포로 규제되고 있고 색좌표의 범위도 정해져 있어 교통사고를 줄일려고 노력하고 있고, 도로에서의 이정표는 전조등에 의해 조사된 조명도당의 광휘도를 나타내는 재귀반사광휘도로 규정되었다. 비행기와 충돌을 방지하기 위해 공항, 높은 건물, 송전철탑 위에 설치되어 있는 항공장애등은 섬광광원으로 이는 유효광도로 규제되고 있다.

기상청에서는 태양이 주는 자외선 복사조도를 측정하여 자외선지수를 발표하여 인체의 유해 정도를 알려주고 있다. 누구나 비싼 드레스 나 양복을 살 때 조심해야 할 사항이 있다. 옷가게 안 에서는 아주 괜찮은 것 같아서 옷을 샀는데 밖에 나와서 보니 별로 색깔이 마음에 안 드는 경우가 종종 생긴다. 이것은 연색지수라고 표현되는 측정량 때문에 기인한다.

옷가게 안의 형광등 연색지수가 밖의 즉 태양의 연색지수보다 낮기 때문이다. 이 때문에 시장의 옷감가게에서는 형광등을 설치하지 않고 여러종류의 색을 골고루 잘 보여 주기위해서 전기값이 훨씬 비싼 백열전구를 설치하여 사용하고 있다.

◆ 광 및 복사 측정의 다양성

위에서 언급한 광원(자연광원 혹은 인공광원)들의 광 및 복사 측정량 중에 대표적인 것은 광도(단위, 칸델라, cd)이다. 이 단위는 SI 7개 기본단위(m, kg, s, K, A, mol, cd) 중 하나로 이 명칭은 옛날 사람들의 생활과 밀접했던 양초(candle) 1 개 의 빛의 세기로 부터 유래되었다.

SI 7개 기본단위 가운데 칸델라가 포함된 광 및 복사 측정량은 다른 기본단위와는 달리 표1 과 표2 에서와 같이 기하학적인 정의에 따라 12개 이상의 서로 다른 단위를 갖고 있어 일반인에게는 매우 생소하고 그 단위들이 나타내는 바를 이해하기가 쉽지 않다.

그 단위의 다양성 만큼이나 응용분야도 다양하여 각각의 제품특성에 맞는 단위로 측정하는 지혜가 필요하다. 끝으로 광 및 복사 측정분야의 모든 문제를 KRISS 와 같이 풀어 나가기 위한 좋은 채널로 광도측정클럽이 소속되어 있는 공동측정클럽 (홈페이지 www.metclub.kriss.re.kr, 회원등록 필요, 무료)에 많은 참여와 적극적 활동을 기대한다.

※ 이 콘텐츠는 '한국표준과학연구원'이 저작권을 갖고 있습니다. 한국표준과학연구원과 본지의 허가 없이 이 내용을 사용하실 수 없습니다.