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‘화학의 꽃’, 불꽃놀이의 과학

EBS <원더풀 사이언스>

축제를 만드는 과학, 불꽃놀이

불꽃의 크기, 색깔은 어떻게 결정되나?

바다 위 화약설치 작업, 바지선 위의 긴장된 현장

방송 : 1월 6일(목) 밤 9시 50분 ~ 10시 40분

연출 : 김현주 PD (526-2039)

  밤하늘을 수놓는 아름다운 축제, 불꽃놀이. ‘2010 서울세계불꽃축제’와 ‘2010 부산세계불꽃축제’에선 화려한 색과 모양을 자랑하는 형형색색의 불꽃들이 눈앞에서 펼쳐졌다.

  불꽃놀이는 ‘화학의 꽃’이라 불린다. EBS <원더풀 사이언스>는 2011년, '세계 화학의 해'를 맞아 불꽃놀이에 숨겨진 과학을 조명한다.

  하늘로 높이 발사돼 제각기 다른 모양의 빛을 수놓는 불꽃제품들은 어떻게 만들어질까? 불꽃을 크기와 모양을 결정짓는 비밀은 무엇일까?  빨강, 노랑, 초록, 파랑... 불꽃이 내는 화려한 색깔은 어떻게 만들어질까?

  해가 갈수록 우리의 눈과 귀를 더 집중시키게 만드는 아름다운 불꽃들. 첨단과학과 예술이 결합하여 보여주는 환상적인 빛의 퍼레이드. 축제를 만드는 유쾌한 과학, 불꽃놀이의 비밀을 <원더풀 사이언스>에서 만나본다.

10만발 이상의 불꽃, 서울과 부산의 밤하늘을 수놓다!

2010년 10월, 서울 여의도와 부산 광안리에서 ‘2010 세계불꽃축제’가 열렸다.

각각 10만발, 13만발의 불꽃이 밤하늘을 화려하게 장식했고, 환호하는 수많은 사람들을 환상의 세계로 안내했다. 이 불꽃축제는 매년 규모도 커지고 그 형태도 점차 다양해지고 있다. 단순히 폭죽을 터뜨리는 것을 벗어난 상상 이상의 불꽃놀이인 것이다. 화려한 색깔과 모양, 심장을 울리는 소리 가운데에는 ‘과학’이 숨겨져 있다는데... 축제를 만드는 유쾌한 과학인 불꽃놀이, 과연 어떠한 과학이 담겨져 있을까?

불꽃의 크기와 모양을 가늠케 하는 ‘연화’의 비밀은?!

연화는, 쉽게 설명해 불꽃놀이의 ‘폭죽’을 의미한다. 이 연화의 크기에 따라 불꽃의 크기가 달라진다. 즉, 불꽃놀이의 핵심요소. 연화의 기본재료는 바로 ‘흑색화약’이다. 질산칼륨과 황, 숯을 갈아서 섞어 만드는데, 빨리 탄다는 장점이 있어 작은 불씨만 있어도 바로 폭발한다. 불꽃놀이에 흔히 사용되는 ‘타상연화’는, 화약을 담아서 하늘로 이동시켜주는 ‘옥피’와 그 안의 ‘할약’과 ‘성(星, star)’으로 이루어져 있다. 불꽃의 화려한 문양을 결정하는 것이 ‘성’의 배열에 숨겨져 있다?! 

화학의 조화! 금속성분과 화약이 만나 불꽃색(色)을 내다!!

빨강, 노랑, 초록, 파랑... 이 다양한 불꽃색의 비밀은 무엇일까? 바로, 특정 금속성분이 화약과 함께 연소되면서 특유의 색을 나타내는 ‘불꽃반응’을 이용한 것이다. 따라서 스트론튬은 빨간색, 나트륨은 노란색, 구리는 청록색... 금속원소에 따라 무궁무진하게 색을 만들어낼 수가 있다. 연화를 만들 때, 스타를 만드는 과정에서 특정 금속원소를 섞어줄 경우 특유의 불꽃색을 얻게 되는 것. 불꽃이 색을 내는 과정을 화학실험을 통해 직접 알아본다.

바다에서의 화약설치 작업! 바지선 위의 긴장된 현장!!

바다를 배경으로 진행된 ‘2010 부산불꽃축제’의 경우는 세계적으로도 보기 드물게 광활한 배경으로 불꽃놀이가 펼쳐진다. 바로 바다와 광안대교가 그 것. 따라서 바다위의 바지선과 광안대교에서 연화가 발사되어야 한다. 날씨의 영향과 바람의 영향을 많이 받는 곳이라 화약세팅작업이 아주 중요한 작업과정이다. 여기서는 화약을 넣기 전에 발사포를 고정시키는 작업이 필수적인데, 발사 시 모양이 틀어져 방향이 달라지면 안 되기 때문에 세밀한 작업이 요구된다. 또한 발사포의 크기는 연화의 크기에 따라 다양하다. 이번 축제에는 직경 3인치의 발사포부터 무려 25인치 크기까지 동원됐다는데... 연화가 발사포에 자리 잡고 난 뒤에는, 화약을 넣고 선을 연결하는 긴장된 메인작업이 시작된다.

부산 광안리에서 나이아가라 폭포를 보다!!

이번 ‘2010 부산세계불꽃축제’에서 사람들의 환호성이 가장 많이 나온 것, 일명 ‘나이아가라’. 이는 불꽃놀이 하면 흔히 떠올리는 타상연화(하늘로 발사해 공중에서 터지는 연화)가 아니라 ‘장치연화’라고 불린다. 따라서 나이아가라는 바다의 바지선이 아닌 ‘광안대교’에 직접 불꽃을 설치하게 된다. 구형의 옥피 대신 작은 원통이 사용되고, 그 안의 다양한 불꽃들이 지면으로 자연스럽게 낙하하는 원리를 이용한 ‘나이아가라’ 불꽃을 감상해보자.

불꽃놀이의 일등공신 컴퓨터! 불꽃발사를 제어한다?!

과학의 진보는 연화발사기술도 한 단계 업그레이드시켰다. 과거에는 수동으로 연화를 점화했지만 이제는 컴퓨터 시대에 맞게 연화를 점화한다. 불꽃 발사시간을 컴퓨터로 제어해 자동으로 음악과 맞추는 불꽃 연출기술이 개발되었기 때문이다.

발사포 모둠에 설치된 작은 단자판(모듈)을 통해 컴퓨터발사기로 연결되고, 컴퓨터 발사기는 무선으로 주조정실의 메인 콘트롤 장치와 연결 되어, 자동으로 작동되고 있다.