Semenjak kecil saya sering bertanya pada diri
sendiri, mengapa langit berwarna biru pada siang hari dan merah-kuning
pada sore hari, sedangkan warna matahari kadang terlihat putih, kuning,
dan merah pada waktu waktu yang berbeda?
Saat mempelajari ilmu fisika yang begitu luas, terutama fisika optik,
jawabannya saya temukan dalam teori hamburan, khususnya hamburan elastis
oleh partikel yang memiliki diameter dibawah satu persepuluh dari
panjang gelombang penghamburnya (matahari). Fenomena hamburan elastis
ini dikenal dalam dunia fisika dengan jargon
Hamburan Rayleigh.
Penjelasan singkatnya saya berikan dibawah:
Beberapa fakta yang saya percayai saat ini (Menurut Karl Popper kita
tidak boleh percaya 100% karena semua teori sains yang valid adalah yang
bisa dipersalahkan :) ) –>
1. Matahari memancarkan gelombang elektromagnetik dalam semua spektrum
cahaya tampak, mulai dari mejikuhibiniu yakni merah hingga ungu (dan non
visibel semacam UV dan IR dll.) dengan spektum maksimal di ranah
panjang gelombang biru.
2. Karena matahari memancarkan semua spektrum cahaya tampak jika tidak
ada partikel penghambur, warna matahari akan tampak putih (gabungan
semua warna). Ini sebabnya astronot di luar angkasa melihat matahari
berwarna putih (Tidak semua bintang berwarna putih, tergantung
temperaturnya) dan ruang angkasa didominasi warna hitam.
3. Saat cahaya putih ini memasuki atmosfer bumi ia akan dihamburkan
secara elastis oleh partikel nitrogen dan oksigen di atmosfer. Elastis
artinya tidak ada perubahan penjang gelombang yang datang dengan yang
dihamburkan (energi tetap). Karena diameter partikel penghambur ini
lebih kecil dari sepersepuluh panjang gelombang matahari, proses fisika
yang terjadi adalah hamburan Rayleigh
4. Menurut teori hamburan Rayleigh, intensitas hamburan berbanding
terbalik dengan panjang gelombang pangkat empat penghamburnya
(matahari), artinya semakin kecil panjang gelombang semakin besar
intensitas hamburannya. Karena panjang gelombang biru dan violet lebih
kecil dari warna lainnya dan karena spektrum matahari maksimal di
panjang gelombang biru maka dari semua rentang visibel yang dihamburkan
oleh atmosfer kita akan melihat campuran yang paling dominan yakni
banyak sekali biru plus violet plus sedikit warna warna lainnya yang
kemudian tampak sebagai biru cerah.
5. Warna matahari di siang hari sering terlihat kuning, ini disebabkan
kita melihat spektrum putih matahari yang sudah melewati partikel
penghambur dengan banyak hamburan di warna biru dan violet sehingga
warna matahari yang terlihat bukan putih tetapi kekuningan (putih minus
biru-violet).
6. Pada jarak dekat (misalnya vertikal dengan matahari) warna matahari
akan tampak lebih putih, ini disebabkan cahaya matahari yang mengenai
mata kita tidak banyak melewati partikel penghambur sehingga masih
mengandung campuran semua warna (putih).
7. Pada saat kabut partikel gas atau debu di udara (diameter lebih dari
sepersepuluh panjang gelombang sehingga bukan hamburan elastis) menyerap
dan memblokir warna dominan biru yang dihamburkan oleh nitrogen dan
oksigen sehingga di beberapa tempat hamburan biru tidak sampai ke mata
kita.
8. Awan terlihat putih karena partikel uap air memiliki diameter diatas
sepersepuluh panjang gelombang matahari sehingga yang terjadi adalah
hamburan yang
tidak bergantung secara dominan pada panjang gelombang. Dalam fisika ini dikenal sebagai teori
hamburan Mie,
sehingga ketika partikel awan terkena sinar putih matahari ia akan
menghamburkannya dalam warna putih sehingga tampak putih oleh pengamat.
9. Pada sore hari matahari berada didekat horizon sehingga jarak tempuh
ke pengamat lebih jauh. Semakin jauh jarak tempuh maka semakin banyak
panjang gelombang biru, violet yang dihamburkan (seperti ketimun yang
dipotong miring), dan warna hijau dan merah yang sebelumnya sedikit
dihamburkan kini mulai signifikan.
10. Pada sore hari warna matahari akan terlihat merah atau oranye karena
cahaya matahari yang sampai ke mata kita kini sudah dikurangi panjag
gelombang biru, violet, dan hijau, plus bisa juga sedikit oranye
sehingga awalnya tampak oranye, dan kemudian merah di mata pengamat.
11. Warna langit kuning kemerahan di sore hari karena keberadaan molekul
debu dan partikel kecil disekitar matahari yang memantulkan cahaya
matahari. Saat cahaya ini menempuh jalan menuju mata kita, panjang
gelombang pendek (biru dan violet) dihamburkan keluar sehingga yang
sampai adalah panjang gelombang yang lebih panjang yakni ada yang merah,
oranye, dan kuning bercampur baur membentuk sunset beauty.
Agar keindahan itu dirasakan oleh manusia, tidak hanya diperlukan
spektrum matahari yang lengkap dan pas, tetapi juga atmosfer yang
khusus, serta kesempurnaan mata yang mampu mendeteksi semua rentang
cahaya visibel. Salah satu saja yang kurang maka hilanglah keindahan
itu. Jika diameter nitrogen diubah atau spektrum matahari diubah sedikit
saja…kita tidak akan melihat langit seperti sekarang. Dari sini kita
bisa merasakan betapa besarnya kasih sayang Tuhan yang dibagikan ke
semua manusia tanpa memandang ras, kekayaan, maupun embel embel
lainnya….
Alkisah seorang ilmuwan saat menyaksikan sunset beauty bersama
kekasihnya terpana oleh keindahan warna warna langit dan matahari. Sang
kekasih berkata, ‘”Sayang lihat betapa indah Tuhan menciptakan alam
ini.” Sang ilmuwan kemudian tersenyum bahagia lalu mengecup pipi
kekasihnya dan menjawab dalam hati “Benar sayang, tapi tahukah kamu
bahwa keindahan itu terasa lengkap jika kita mampu memahami bagaimana
kesempurnaan itu bekerja….”
Sumber :
http://edukasi.kompasiana.com/2012/07/15/mengapa-langit-berwarna-biru-477184.html
