[사이언스칼럼] 세종낙화축제를 다녀오다

손원혁 한국원자력연구원 첨단양자소재연구실 선임연구원

손원혁 한국원자력연구원 첨단양자소재연구실 선임연구원

어느덧 봄이 완연해지니 지자체나 단체들이 대규모 불꽃놀이를 진행해 우리의 눈을 즐겁게 한다. 지난달에는 부처님오신날을 맞이해 세종시에서 세종낙화축제가 열렸다. 낙화놀이는 음력정월대보름이나 부처님오신날(사월초파일), 단오 등 우리 민족의 특별한 날에 즐기는 민속놀이 중 하나다. 낙화놀이는 공중에 매달린 긴 줄에 낙화봉을 여럿 매달아 불을 붙이면 시작된다. 바람이 불 때마다 불꽃이 흩뿌려지는 모습이 마치 바람에 꽃잎이 떨어지는 모습을 닮았다. 이번 세종낙화축제는 세종중앙공원 주변의 가로수에 낙화봉을 매달아 진행했는데, 그 광경이 너무나 아름다워 그저 멍하니 바라보게 만들었다.

낙화놀이가 일반적인 불꽃놀이와 다른 점은 한 가지 색의 불꽃이 오랫동안 바람에 흩날리며 뿌려진다는 것이다. 하늘에서 화려하게 터지는 불꽃놀이가 형형색색의 불꽃들로 다양한 모양을 만들며 순간적으로 폭발해 사라지는 것과는 다른 매력이 느껴지는 대목이다. 과연 이런 차이는 어디서 나오는 것일까? 그 답은 낙화봉 제작에 사용하는 재료에 있다.

불꽃놀이에서 불꽃의 색은 일반적으로 금속 원소에 의해 결정된다. 각각의 금속 원소는 고유한 발광 스펙트럼을 가지고 있어 불꽃과 반응할 때 특정한 색상을 띄게 된다. 금속 원소의 원자핵 주위에는 전자껍질이 존재한다. 전자껍질의 전자들은 높은 온도에서 열에너지를 흡수해 들뜬 상태로 전이된다. 하지만 전자의 입장에서 들뜬 상태는 불안정한 상태기 때문에 다시 에너지가 낮은 바닥 상태로 돌아가려고 하는데, 이 과정에서 흡수한 에너지를 빛의 형태로 방출하게 되는 것이다. 금속 원소마다 고유한 에너지 준위를 가지고 있어 전자가 전이하는 에너지의 크기에 따라 빛의 파장이 결정된다. 즉, 색이 결정되는 것이다. 예를 들어 나트륨의은 들뜬 상태에서 바닥 상태로 되돌아갈 때 589nm의 노란색 빛을 방출하게 된다. 이외에도 구리는 청록색, 리튬은 진홍색, 칼륨은 연보라색, 바륨은 녹색, 스트론튬은 붉은색 등의 불꽃을 만드는 식이다. 이런 금속 화합물을 적절히 배합하면 다채로운 색상의 불꽃을 연출할 수 있다.

한편, 낙화놀이에서 불꽃을 일으키는 역할은 뽕나무 숯가루와 사기그릇 가루(또는 소금)가 담당한다. 뽕나무 숯은 다른 숯과 같이 대부분 탄소로 이루어져 있고, 약간의 금속들이 포함돼 있다. 그 중 칼슘이 상대적으로 많이 함유돼 있어 고온에서 산소와 반응하면 주황색조로 붉게 타오르게 된다. 바람이 불 때 낙화봉에서 불꽃이 더 밝고 더 많이 흩날리는 것처럼 보이는 것은 산소가 추가적으로 공급된 영향이다. 또한 숯가루는 금속에 비해 상대적으로 연소 속도가 느려 불씨가 오래 지속돼 눈처럼 흩날리는 불꽃을 만들어 주게 된다. 추가로 사기그릇 가루는 불꽃이 터지는 듯한 시각적 효과를 준다고 한다. 뽕나무 숯가루와 사기그릇 가루의 비율에 따라 흩날리는 불꽃과 터지는 듯한 불꽃의 연출을 조절한다고 하니 전통놀이에도 과학적인 연구가 접목될 수 있을 것으로 생각한다. 혹시 사기그릇 가루나 소금이 아니라 다른 재료를 사용한다면 불꽃색이나 타는 형상을 다르게 만들 수 있지 않을까?

마지막으로 세종낙화축제의 낙화놀이가 어떻게 수 시간 동안 진행될 수 있었는지에 대한 답은 불꽃 재료를 담는 표피에 있다. 낙화봉의 표피가 연소되는 속도에 따라 낙화놀이의 전체 시간이 결정된다. 주로 한지를 사용하는데, 불꽃의 형태를 일반 펄프지보다 화려하게 가져갈 수 있기 때문이다. 그러나 연소 속도가 빠르다는 단점이 있는데, 이 표피를 광목이나 소창과 같은 천 재질로 바꾸면 한지보다 훨씬 천천히 연소되도록 할 수 있다. 때문에 뽕나무 숯가루와 사기그릇 가루를 오랫동안 품고 있을 수 있다. 또한 볏짚으로 낙화봉을 묶어주면 표피의 연소 속도를 더욱 낮추는 효과가 있다. 이처럼 세종낙화축제는 우리에게 과학적 원리를 바탕으로 낙화놀이만의 멋진 모습을 보여주었다. 화려하지 않지만 은은하고 운치있는 불꽃, 그 불꽃을 오랜 시간 흩뿌리면서 말이다. 손원혁 한국원자력연구원 첨단양자소재연구실 선임연구원