도서 소개

환경광학은 전자기파와 사물 간 상호작용 정도를 측정하고 그 원리를 규명하는 과학 분야이다. 특정 파장대의 빛을 흡수하거나 반사하는 물질의 고유한 광학적 특징을 이용해 우리 주변 환경, 물질, 시설까지의 상태를 분류하거나 특성화할 수 있다. 이를 통해 멀리 떨어진 지역, 광범위한 지역의 광학 정보를 측정하고 분석해 원격 탐사의 이론적 기반을 이루기도 한다. 지도학, 원격탐사, 기후학, 자연지리학, 도시지리학 등 여러 분야의 기초가 되는 ‘환경광학’의 기본 개념을 정리하고 관련 계산식을 우리 일상 환경에 대입해 실제로 활용하도록 구성하였다.

  출판사 리뷰

지구환경 관리를 위한 빅 테이터의 활용 ‘환경광학’

환경광학은 전자기파와 사물 간 상호작용 정도를 측정하고 그 원리를 규명하는 과학 분야이다. 특정 파장대의 빛을 흡수하거나 반사하는 물질의 고유한 광학적 특징을 이용해 우리 주변 환경, 물질, 시설까지의 상태를 분류하거나 특성화할 수 있다. 이를 통해 멀리 떨어진 지역, 광범위한 지역의 광학 정보를 측정하고 분석해 원격 탐사의 이론적 기반을 이루기도 한다. 지도학, 원격탐사, 기후학, 자연지리학, 도시지리학 등 여러 분야의 기초가 되는 ‘환경광학’의 기본 개념을 정리하고 관련 계산식을 우리 일상 환경에 대입해 실제로 활용하도록 구성하였다.

빛으로 읽어낸 지구환경 데이터,
생태환경과 인공환경 관리의 기초로 활용’

인간이 물질을 본다는 건 전자기복사와 물질 간의 상호작용에 의해 사람의 눈으로 반사되어 들어온 빛의 양을 보는 것이다. 그런데 전자기복사와 물질 간의 상호작용으로 반사된 빛에는 인간의 눈으로 볼 수 있는 시각 정보만 있는 것은 아니다. 이 상호작용의 정도를 수치로 나타낼 수 있다면 물질의 특성까지 밝힐 수 있다. ‘환경광학’은 이 상호작용인 에너지의 흐름을 측정하고 그 원리를 규명하는 학문이다.
『세계환경광학노트』는 ‘환경광학’ 분야의 기본 개념과 개념 간의 관계를 설명하고 광학 데이터를 측정하여 계산하는 관련 식으로 직접 우리 일상의 환경에 대입하도록 하여 활용을 도왔다. 광범위한 지역의 다양한 광학정보를 측정하고 분석하여 생태환경과 인공환경의 관리 기술은 물론 환경광학 개념들이 연관된 지도학, 원격 탐사, 기후학, 자연지리학, 도시지리학 등 여러 학문의 이해를 돕는다.

기본 개념 정리한 ‘광학’의 기초’

기초적인 전자기복사, 전자기파. 전자기스펙트럼 개념과 전기파의 진행 형태인 파장, 주파수, 진폭 등은 물론 전자기복사와 사물과의 작용에 관련되는 굴절, 간섭 등의 전자기복사의 일반 개념들을 설명했다. ‘광학’ 정보의 측정에 기준이 되는 강력한 전자기 복사체인 태양의 위치와 관련된 개념과 정의도 설명했는데 매시간, 매일, 연중으로 변하는 태양의 위치를 구하는 방법도 실었다. 복사속, 복사속밀도, 입체각, 복사강도, 복사휘도, 분광복사휘도 등 전자기 복사에너지 개념과 표기, 단위도 설명했다.

환경광학의 측정과 분석의 실제’

전자기복사량의 측정에 필요한 ‘환경광학’ 이론의 개념들도 다루었다. 전자기 복사와 물질 사이의 상호작용을 분석하는 데 필요한 람베르트 코사인법칙과 람베르트면, 방출, 방출률, 키르히호프 법칙, 반사율, 양방향반사도분포함수, 태양복사스펙트럼, 흡수작용, 전자기파 흡수 정도, 편광, 프레넬 방정식, 위상과 간섭, 회절 등을 설명했다. 그리고 전자기파와 상호작용을 하는 대기와 여러 현상과 개념, 관련 식도 설명했다. 또한, 지표면 에너지수지에 관련된 순복사속밀도, 토양열속밀도, 현열속밀도, 잠열속밀도, 보웬비, 지표면별 에너지수지 등을 다루었으며 책에서 다룬 개념들의 이해와 정리를 위한 문제도 수록했다.

태양과 같은 물질에서 에너지(전자기)가 나와 주위로 바큇살처럼 퍼져 나가는 현상을 복사(輻射, radiation, 방사放射)라 한다. 전자기를 방사하는 물체를 복사체(輻射體, 방사체放射體)라 한다. 절대영도(絶對零度 , 0 K, 혹은 -273℃) 이상의 온도에서, 물체의 원자 혹은 분자는 진동하거나 운동을 하며, 전자기를 복사한다. 사람을 포함한 지구상의 모든 사물이 복사체인 것이다.
전자(電子, electron)가 고에너지 상태에서 저에너지 상태가 될 때, 여분의 에너지가 전자기복사로 방출된다. 물체의 온도가 낮을 때도 눈에 보이지 않는 전자기복사가 일어나는데 열로써 느낄 수 있다. 이를 열복사(熱輻射)라 한다. 온도가 높은 것은 전자 등이 진동하는 속도가 큰 것을 의미한다(고토 나오히사, 2018). 어떤 물질이 가진 전기의 양을 전하(電荷, electric charge)라고 하며, 전하를 띠는 입자를 하전입자(荷電粒 子, charged particle)라 하는데, 양성자(陽性子)와 전자가 있다. 이들이 가속될 때 전자기복사가 발생한다.



사물 간의 상호작용에서 전자기복사의 입자적 특성은 방사(放射, emission, 방출放出, 복사輻射)와 흡수(吸收, absorption)를 기술하는 데 사용된다. 방출은 물체로부터 전자기파가 사방으로 바큇살처럼 나가는 현상이다. 흡수는 전자기파가 물질을 통과할 때 물질 속으로 빨려 들어가서 사라지는 현상을 말한다. 대표적인 예가 흑체(黑體, black body)의 흡수이며, 흑체는 파장에 상관없이 모든 전자기복사를 흡수하며, 흑체의 온도에 따라 전자기파를 방출한다.
전자기복사의 파동적 특성은 반사(反射, reflection), 산란(散亂, scattering)을 설명할 때에도 쓰인다. 반사(反射)는 전자기파가 물체의 표면에 부딪혀서 되돌아가는 현상이며, 산란은 전자기파가 물체에 부딪혀 여러 방향으로 불규칙하게 흩어지는 현상을 말한다. 반사의 형태에는 거울반사(정반사, 경면반사)와 확산반사(난반사)가 있다.

광학원격탐사(optical remote sensing, 광학계원격탐사)는 가시광선 혹은 단파장 적외선 센서를 이용하여 지상에서 반사된 태양의 복사에너지와 지표면에서 방출되는 복사에너지를 측정하여 지표의 환경상태를 측정하는 과학분과다. 주로 지표물에서 반사되는 태양 복사에너지를 측정하므로 태양의 위치를 고려하게 된다.
지평선을 기준으로 해가 떠서 질 때까지의 시간 길이, 즉 일출과 일몰 사이의 시간 길이를 그 날의 가조시간(可照時間)이라 하며, 태양의 직사 광이 지표면에 비친 시간을 일조시간(日照時間)이라 한다. 가조시간은 하루의 낮을 규정하며, 일조시간과 낮 동안의 태양의 위치는 지구의 생명 활동에 막대한 영향을 끼친다. 하늘에서의 태양의 위치는 매시간, 매일 혹은 연중으로 변하기에 지표면에 도달하는 태양의 복사에너지양은 시시각각 차이가 난다.

  작가 소개

지은이 : 한주엽
•한국교원대학교 교육학사 및 교육학석사 •미국 유타대학교 철학박사카투사로 미8군 18의무사령부 본부중대/121후송병원에서 복무하면서 우리나라의 처지를 나름대로 뼈저리게 배웠다. 훈련 중 미군 동료들이 보여준 인공위성 사진은 제대로 배우고 싶은 분야가 무엇인지 깨닫게 하였다. 유타대학교 도서관에서 우리나라에서 볼 수 없었던 영어원서들을 아침부터 밤늦게까지 본 시절이 가장 즐거웠던 때였다. 커리 교수의 미국 서부 자연환경답사 중 교수가 직접 지구의 소리를 확인해 주셨다! 지도교수 포오스터 교수 및 샐로몬손 연구교수를 통해 배우고자 하는 자는 열심히 공부하고 앞서 있는 자들과 자주 대화해야 크게 깨닫는다는 것을 배웠다. 교통사고 이후, 최소한 6개월 이상 아무것도 하지 말고 안정을 취해야 한다는 여러 의사들의 간곡한 충고를 무시한 결과, 2017년에 나올 『세계환경광학노트』가 이제야 나오게 되었다. 의사 선생님들의 말씀을 잘 따라야 한다는 것을 늦게나마 깨닫고 현재는 잘 따르는 중이다.

  목차

1장 전자기복사 개관
1) 전자기복사
2) 전자기파의 진행 형태
3) 전자기스펙트럼
4) 전자기복사와 사물과의 작용

2장 태양의 위치
1) 지구 공전 및 자전
2) 태양경도
3) 태양천정각과 태양방위각

3장 복사에너지 표기
1) 복사에너지
2) 복사속
3) 복사속밀도
4) 입체각
5) 복사강도
6) 복사휘도
7) 분광복사휘도

4장 전자기복사와 물질
1) 람베르트 코사인법칙과 람베르트면
2) 방출
3) 물체의 온도
4) 방출률
5) 키르히호프 법칙
6) 반사율
7) 양방향반사도분포함수
8) 태양복사스펙트럼
9) 흡수작용
10) 굴절
11) 전자기파 흡수 정도
12) 편광
13) 프레넬 방정식
14) 위상과 간섭
15) 회절

5장 전자기파와 대기
1) 대기 입자와 산란
2) 높이척도
3) 광학적 깊이
4) 랭글리 도표
5) 복사전달
6) 양자화

6장 에너지수지
1) 순복사속밀도
2) 토양열속밀도
3) 현열속밀도
4) 잠열속밀도
5) 보웬비
6) 지표면별 에너지수지

7장 혼합화소

8장 정리하기 위한 문제 풀기

참고문헌 및 읽을 거리들

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