젖은 머리카락은 왜 더 어둡게 보일까?

젖은 머리카락이 더 어둡게 보이는 주된 이유는 물이 머리카락의 색소를 늘려서가 아니라, 빛이 되돌아오는 경로를 바꾸기 때문이다. 물은 가닥 표면과 가닥 사이의 공기 일부를 대신해 밝은 난반사를 줄이고 빛이 머리카락 안과 묶음 사이로 더 깊이 들어가게 한다. 그 빛은 색소에 흡수되거나 다른 방향으로 빠져나갈 기회가 늘어나므로 눈으로 돌아오는 양이 줄고, 같은 머리색도 짙게 보인다.

우리가 보는 머리색은 머리카락이 가진 물감 한 가지로만 결정되지 않는다. 머리카락의 대부분을 이루는 피질에는 멜라닌 과립이 있어 특정 파장의 빛을 흡수하고, 바깥쪽은 비늘처럼 겹친 투명한 큐티클이 감싼다. 빛은 큐티클 표면에서 반사되고, 내부로 굴절되어 들어갔다가 산란하며, 멜라닌에 일부 흡수된 뒤 다시 나온다. 따라서 겉보기 색과 밝기는 색소의 양뿐 아니라 표면 상태, 가닥의 방향, 조명과 관찰 각도에도 좌우된다.

마른 머리에는 공기와 케라틴이 맞닿는 경계가 매우 많다. 두 물질은 빛을 꺾는 정도인 굴절률이 크게 달라서, 빛이 수많은 가닥과 미세한 틈을 지날 때 일부가 여러 방향으로 산란한다. 이런 산란광 중 눈으로 돌아오는 성분은 원래 색 위에 엷은 밝기를 보탠다. 솜이나 마른 천이 실제 재료색보다 뽀얗게 보일 수 있는 것과 비슷하지만, 머리카락은 원통에 가까운 섬유이고 표면 반사도 강하므로 단순한 천 조각과 완전히 같은 광학계는 아니다.

물을 묻히면 공기였던 틈의 일부가 물로 채워진다. 물의 굴절률은 공기보다 케라틴에 더 가까워 물과 머리카락의 경계에서는 빛의 진행 방향이 덜 급격하게 바뀌고, 표면에서 바로 흩어져 돌아오는 빛도 줄어든다. 더 많은 빛이 큐티클을 지나 피질로 들어가거나 인접한 가닥 사이를 오간다. 경로가 길어질수록 멜라닌과 다른 성분이 빛을 흡수할 기회가 커지고, 결국 관찰자 쪽으로 빠져나오는 확산광이 감소한다.

물은 가닥들을 서로 붙여 굵은 다발처럼 만드는 역할도 한다. 마른 머리는 개별 가닥과 공기 틈이 넓게 펼쳐져 많은 표면이 빛을 여러 방향으로 돌려보내지만, 젖은 머리는 표면장력 때문에 서로 달라붙고 평평한 어두운 덩어리로 보인다. 가닥 사이로 보이던 밝은 배경도 줄고, 한 가닥을 나온 빛이 옆 가닥에 다시 들어가 흡수될 수 있다. 이 묶임 효과와 굴절률 변화가 함께 작동하므로 샤워 직후의 머리는 색이 짙을 뿐 아니라 부피도 작아 보인다.

그렇다고 젖은 머리의 모든 지점이 어두워지는 것은 아니다. 매끈해진 물막은 거울 같은 정반사를 강화할 수 있어, 광원과 눈의 각도가 맞는 좁은 부분에는 밝은 하이라이트가 생긴다. 같은 젖은 머리라도 햇빛을 정면으로 반사하는 가닥은 번쩍이고, 그 주변은 확산광이 적어 더 짙게 보일 수 있다. 컴퓨터 그래픽 연구에서도 젖은 재료의 외관은 어두운 확산 성분과 강해진 광택 성분을 함께 다뤄야 한다.

1988년 광학 연구는 거칠고 빛을 흡수하는 표면 위의 물막이 왜 반사광을 줄이는지를 계산했다. 물막 안으로 들어간 확산광 일부는 경계에서 내부 전반사를 거쳐 다시 표면 쪽으로 향하고, 그 사이 재료와 만날 기회가 늘어 흡수될 확률이 커진다. 또한 공기 대신 액체가 재료에 닿으면 두 매질의 상대 굴절률 차이가 작아져 표면에서 즉시 반사되는 몫이 달라진다. 머리카락 한 올의 복잡한 산란을 이 모형 하나로 모두 설명할 수는 없지만, 젖은 섬유 다발이 어두워지는 기본 방향과 잘 맞는다.

물 자체가 갈색이나 검은색을 보태는 것도 아니고, 몇 분 사이 멜라닌이 늘어나는 것도 아니다. 얇은 물층은 가시광선에서 대체로 투명하므로 핵심은 물이 빛의 입구와 출구를 재배치한다는 데 있다. 투명한 오일이나 헤어 젤을 바른 뒤 색이 짙고 윤기 있게 보일 때도 액체가 경계와 가닥 배열을 바꾸는 비슷한 광학 효과가 일부 작용할 수 있지만, 제품의 성분과 코팅 두께가 달라 결과까지 물과 같지는 않다. 효과의 크기는 머리색, 탈색이나 염색으로 달라진 큐티클과 다공성, 가닥 굵기, 젖은 정도, 조명에 따라 다르다. 아주 밝은 머리나 흰머리, 강한 역광에서는 투과광과 배경의 영향 때문에 단순히 ‘항상 더 검다’고 말할 수 없다.

머리가 마르면 물막이 끊어지고 붙어 있던 가닥이 다시 벌어지면서 공기-머리카락 경계가 늘어난다. 표면과 틈에서 산란되어 눈으로 돌아오는 빛이 많아지고, 멜라닌에 도달하기 전에 되돌아오는 성분도 회복되어 원래의 밝은 인상이 돌아온다. 젖은 머리의 짙은 색은 색소가 변한 흔적이 아니라, 투명한 물이 산란·굴절·흡수의 균형과 가닥 배열을 잠시 바꿔 만든 광학적 상태다.