중력렌즈 효과로 인해 은하계와 같은 거대한 천체가 그 뒷편의 천체의 빛을 왜곡해서 지구쪽에서 보이게 할 수 있습니다.
만약 은하계의 밀도가 상대적으로 등방적(방향적 균일)이라면 은하계 주변으로 링모양으로 뒷편의 천체가 형성됩니다. 이경우엔 아인슈타인 링이라고 하는데 하지만 질량분포가 특이하게 배열이 되면 괴이한 모양으로 보일수가 있습니다. 단 상하좌우 네개 지점에서 뒷편의 천체의 이미지가 생기는 경우가 있습니다. 이 경우는 아인슈타인 십자가라고 합니다.
은하계가 렌즈고 은하계 너머의 천체가 그 앞의 은하계라는 렌즈를 통과할때 어떻게 보일지를 생각하시면 됩니다.
렌즈에서 기하수차가 발생하면 상이 제대로 안맺혀지죠? 수차가 발생한다는건 물체의 한점에서 출발한 모든 빛이 렌즈의 모든 지점을 각기 통과하면서 제대로 한 지점으로 모아지지 않는 것입니다. 렌즈모양이 비대칭이거나 쭈글쭈글하다고 생각하시면 됩니다. 수차가 아니라면 초점에서 완전히 벗어났거나...
거대한 천체의 질량에 의해 시공간이 왜곡되면 지나가는 빛의 경로가 휩니다. 그런데 그 시공간휨이 균일하지 못하면 어떻게 될까요? 이건 렌즈곡면이 균질하지 못한것과 정확히 똑같습니다. 렌즈를 정면에서 보았을때의 단면의 위치에 따라 초점위치가 달라지듯 중력렌즈에서도 그러한 현상이 나타날 수 있습니다.
링의 경우는 가장자리와 중간을 제외하곤 지구위치에서 초점이 벗어나거나 경로를 지나는 빛이 한점으로 모이지 못하고 흩어진 상태인거고 십자가의 경우는 특정한 4-5개위치에서만 초점이 지구위치에서 맞쳐진 것입니다.
첫번째는 환일현상이긴 한데 상층운에서 발생하는 빙정이 아닌 지상부근에서 생성된 빙정으로 인해 발생한 현상입니다. 당연히 기온이 20-30도정도로 내려갔다는 뜻입니다. 좌우의 두개의 점(sun dog)과 위에 생긴 깔때기 모양(upper tangent arc) 그리고 22도와 46도 두개의 헤일로가 생긴형태가 특징인데.. 대기중에서 생기는 광학현상은 크게 물방울에 의한 것과 빙정으로 인한 것이 대부분입니다. 이중 이 현상은 빙정에 의한 것이고 빙정중에서도 육각형 모양이 뚜렷한 기둥모양 내지 판모양의 결정에서 어떠한 면에서 입사되어 어떠한 면으로 향하느냐에 따라 저러한 현상을 만들 수 있습니다.
두번째는 활승안개가 산을 넘어가는 지역에서 촬영한 것입니다. 일단 햇빛이 내리쬐고 있기 때문에 얼마안있어 사라질 것입니다. 소멸과정 직전에 찍은 장면이고
환일현상은 아무래도 결정모양과 빛의 경로를 설명해야 하는지라 그림을 통해 이해하시는게 가장 빠르긴 합니다. 여러 이름중 sun dog에 대해서만 설명드릴께요. 나머지도 원리는 같습니다. 단지 결정의 어느 면을 지나가느냐 그리고 그렇게 지나간 빛이 어느방향에서 들어오느냐의 문제일뿐입니다.
위 링크를 보시면 판형태의 육각형 얼음 크리스탈을 보실수 있는데 육각기둥을 생각하셨을때 옆의 한쪽면에서 다른쪽 한쪽면으로 빛의 진행을 확인하실수 있을 것입니다. sun dog은 이와 같은 형태가 되야 보입니다.
사실 얼음알갱이들은 공기중에서 다양한 형태로 회전하고 움직입니다 즉 각각의 알갱이의 방위는 무작위적이죠. 하지만 특정한 방위가 되면 위와 같은 빛의 경로가 생기고 그방향에서 빛이 본인들의 눈으로 들어오는 것입니다. 얼음알갱이의 움직임이 제각각이지만 특정한 빛의 경로가 눈에 보이는 이유는 얼음알갱이가 공기중에 한두개가 있는것이 아니기 때문에...