A. PROSES TERJADINYA PELANGI
Pelangi
merupakan salah satu pemandangan indah yang jarang kita lihat. Jika dilihat,
bentuk pelangi seperti busur di langit biru yang muncul karena pembiasan dari
sinar matahari ketika hujan Kira-kira di mana ya pelangi bisa terlihat?
Biasanya pelangi bisa dilihat di daerah pegunungan atau ketika mendung atau
ketika hujan baru berhenti turun. Pelangi merupakan satu-satunya gelombang
elektromagnetik yang dapat kita lihat. Ia terdiri dari beberapa spektrum warna.
Warna merah memiliki panjang gelombang paling besar, sedangkan violet memiliki
panjang gelombang terkecil.
Pelangi
berasal dari cahaya putih dibiaskan menjadi berbagai panjang gelombang cahaya
yang terlihat oleh mata kita sebagai merah, jingga, kuning, hijau, biru, dan ungu.
Panjang gelombang cahaya ini membentuk pita garis-garis paralel, tiap warna
bernuansa dengan warna di sebelahnya. Pita ini disebut “spektrum”. Di dalam
spektrum, garis merah selalu berada pada salah satu ujung dan biri serta ungu
disisi lain, dan ini ditentukan oleh perbedaan panjang gelombang. Ketika kita
melihat pelangi, sama saja dengan ketika kita melihat spektrum. Bahkan, pelangi
adalah spketrum melengkung besar yang disebabkan oleh pembiasan cahaya
matahari.
Ketika
cahaya matahari melewati tetesan air, ia membias seperti ketika melalui prisma
kaca. Jadi didalam tetesan air, kita sudah mendapatkan warna yang berbeda
memanjang dari satu sisi ke sisi tetesan air lainnya. Beberapa dari cahaya
berwarna ini kemudian dipantulkan dari sisi yang jauh pada tetesan air, kembali
dan keluar lagi dari tetesan air. Cahaya keluar kembali dari tetesan air kearah
yang berbeda, tergantung pada warnanya. Dan ketika kita melihat warna-warna ini
pada pelangi, kita akan melihatnya tersusun dengan merah di paling atas dan
ungu di paling bawah pelangi. Pelangi hanya dapat dilihat saat hujan bersamaan
dengan matahari bersinar, tapi dari sisi yang berlawanan dengan si pengamat.
Posisi kita harus berada diantara matahari dan tetesan air dengan matahari
dibekalang kita. Matahari, mata kita dan pusat busur pelangi harus berada dalam
satu garis lurus.
Faktor-faktor
terjadinya gejala pelangi :
Terjadinya
pelangi adalah pembiasan cahaya. Ketika dibiaskan, cahaya akan berubah arah.
Biasanya pembelokan ini terjadi ketika cahaya pindah dari medium satu ke yang
lain. Hal ini terjadi karena cahaya bergerak dengan kecepatan berbeda dalam
medium berlainan.
Ketika
memasuki prisma kaca, cahaya akan dibelokkan. Begitu pula jika keluar dari
prisma. Selain membiaskan cahaya, prisma memisahkan cahaya putih menjadi
komponen warnanya. Warna cahaya yang berlainan ini berbeda frekuensinya,
sehingga memiliki kecepatan tempuh berbeda ketika memasuki suatu zat.
Cahaya yang
kecepatannya rendah di dalam kaca akan dibelokkan lebih tajam ketika pindah
dari udara ke kaca, karena perbedaan kecepatannya berlainan. Tak mengherankan
jika komponen yang membentuk cahaya putih dipisahkan berdasarkan frekuensinya
ketika melewati kaca. Pada prisma, cahaya akan dibelokkan dua kali, ketika
masuk dan keluar, sehingga penyebaran cahaya terjadi.
Tetesan air hujan
dapat membiaskan dan menyebarkan cahaya mirip sebuah prisma. Dalam kondisi yang
tepat, pembiasan cahaya ini membentuk pelangi.
B.
PROSES
TERJADINYA HALO MATAHARI
Ada berbagai macam halo, tapi umumnya halo muncul disebabkan oleh kristal
es pada awan cirrus yang dingin yang berada 5–10 km atau 3–6 mil di lapisan
atas troposfer. Fenomena ini bergantung pada bentuk dan arah kristal es, cahaya
matahari direfleksikan dan dibiaskan oleh permukaan es yang berbentuk batang
atau prisma sehingga sinar matahari menjadi terpecah kedalam beberapa warna
karena efek dispersi udara dan dipantulkan ke arah tertentu, sama seperti pada
pelangi.
Halo juga kadang-kadang dapat muncul di dekat permukaan bumi, ketika ada kristal es yang disebut debu berlian.
Kejadian ini dapat terjadi pada cuaca yang sangat dingin, ketika kristal es
terbentuk di dekat permukaan dan memantulkan cahaya.
Sebelum ilmu meteorologi dikembangkan, Fenomena atmosfer Halo digunakan
sebagai sarana untuk prakiraan cuaca.
Fenomena optis lain yang disebabkan oleh kristal es di angkasa adalah
pelangi.Halo merupakan suatu fenomena optik yang terjadi di alam dan biasa terjadi
pada musim penghujan.
Proses terbentuknya Halo Matahari
sama seperti proses terbentuknya pelangi, hanya dalam hal ini tidak mengandung
air, sehingga yang tampak hanya bayangan saja berbentuk cincin. Ketika musim
hujan, partikel uap air ada yang naik hingga tinggi sekali di atmosfer.
Partikel air memiliki kemampuan untuk membelokkan atau membiaskan cahaya
matahari. Apabila hal tersebut terjadi saat posisi matahari sedang tegak lurus
dengan bumi, maka akan terbentuk lingkaran gelap disekitar matahari. Hal ini
disebabkan saat matahari pada posisi tegak lurus terhadap bumi kemampuan
partikel air membiaskan cahaya lebih kecil sehingga warna yang terlihat sangat
terbatas. Warnanya terlihat gelap karena pandangan ke arah matahari juga
terhalang debu di atmosfer.
Berbeda dengan proses
terbentuknya pelangi yang sering terjadi di pagi atau sore hari yang membentuk
sudut kemiringan. Pada posisi yang miring ini, kemampuan partikel air membiaskan
cahaya lebih besar, sehingga warna-warna yang muncul juga lebih lengkap. Jika
terjadi pada pagi hari, udara masih dalam keadaan bersih sehingga akan Nampak
warna kemerahan.
C.
PROSES
TERJADINYA FATAMORGANA
Kata
fatamorgana diambil dari bahasa Italia, dari nama seorang saudari Raja rthur
yaitu Faye le Morgana, Konon, ia merupkan seorang peri yang dapat berubah-ubah rupa. Namun
sebenarnya dalam peristiwa fatamorgana terdapat suatu konsep Fisika yang kadang
terlupakan yaitu konsep pembiasan.
Fatamorgana
sering terjadi di gurun pasir, jalan-jalan beraspal, dan lautan. Dalam kajian
fisika, prinsip terjadinya fatamorgana berawal dari proses pembiasan yang
terjadi pada dua medium melalui lapisan-lapisan udara yang memiiki perbedaan suhu.
Proses
terjadinya fatamorgana berawal dari adanya perbedaan kerapatan antara udara
dingin dan udara panas. Udara dingin memiliki kerapatan lebih pekat dan lebih
berat dibandingkan udara panas. Dalam kenyataannya, lapisan udara yang panas
yang ada di dekat tanah terperangkap oleh lapisan udara yang lebih dingin di
atasnya. Cahaya dibiaskan ke arah garis horisontal pandangan dan akhirnya
berjalan ke atas karena pengaruh internal total.
Pemantulan
internal total (total internal reflection) adalah proses pemantulan
seberkas cahaya pada permukaan batas antara satu medium dengan medium yang lain
yang indeks biasnya lebih kecil, jika sudut datang ke medium kedua melebihi
suatu sudut kritis tertentu.
Dengan
demikian, cahaya berjalan di dalam medium yang memiliki indeks bias yang tinggi
seperti air, kaca, dan plastik ke medium yang memiliki indeks bias lebih rendah
seperti udara. Akibatnya gambar dengan sifat semu dan terbalik akan membentuk fatamorgana.
Pada wilayah
dengan cuaca yang cukup ekstrem seperti pada pasang pasir yang bersuhu, panas
atau padang es yang sangat dingin akan mudah kita jumpai fenomena alam ini.
Fatamorgana terjadi karena pembiasan cahaya layaknya proses terjadinya pelangi,
karena melalui kepadatan yang berbeda, sehingga bisa membuat sesuatu terlihat
menjadi seolah-olah ada padahal hal tersebut tidak ada.
Misalnya pada
gurun pasir seringkali terlihat fatamorgana seperti danau atau air, padahal Ini
sebenarnya merupakan pantulan cahaya dari langit yang mengenai udara panas
kemudian dipantulkan. Udara panas ini bekerja seperti fungsi cermin yang juga
bisa terjadi pada tanah lapang ketika cuaca sangat panas.
Kemudian pada
proses terjadinya fatamorgana dalam fisika, bisa dijelaskan sebagai berikut :
1. Diawali dengan
adanya perbedaan kerapatan antara udara dingin dan udara panas.
2.
Udara dingin memiliki kerapatan yang lebih pekat dan
lebih berat, sedangkan udara panas tersebut memiliki kerapatan yang lebih
rendah.
3.
Pada peristiwa fatamorgana ini terjadi, keadaan
lapisan udara yang panas yang berada dekat dengan tanah akan terperangkap oleh
lapisan udara yang lebih dingin di atasnya.
4.
Sehingga cahaya mengalami pembiasan ke arah garis
horizontal pada pandangan dan akhirnya berjalan ke atas karena pengaruh
internal total.
5.
Kemudian pemantulan internal total (total internal
reflection) ini merupakan proses pemantulan seberkas cahaya pada permukaan
batas antara satu medium dengan medium yang lain, yang memiliki indeks bias
yang lebih kecil.
6.
Dengan demikian, cahaya berjalan di dalam medium yang
memiliki indeks bias yang tinggi seperti air, kaca, dan plastik ke medium yang
memiliki indeks bias lebih rendah seperti udara.
7.
Yang berakibat menimbulkan gambar dengan sifat semu
dan terbalik dan membentuk fatamorgana.
D. MENGAPA LANGIT BERWARNA BIRU PADA PAGI HARI
Untuk menjawab hal tersebut, satu hal yang perlu kita pelajari adalah
tempat dimana kita tinggal: Bumi. Bumi kita diselubungi oleh lapisan udara yang
disebut atmosfer — yang di dalamnya terdiri dari berbagai macam gas dan molekul
seperti nitrogen, oksigen, uap air, dan debu.
Setiap hari, Matahari memancarkan cahayanya ke Bumi. Pada dasarnya, cahaya
Matahari terdiri dari berbagai variasi panjang gelombang yang ketika
terpancarkan menghasilkan spektrum warna yang berbeda: merah-jinga-kuning-hijau-biru-nila-ungu
(adik-adik pasti ingat ‘kan?). Spektrum warna tersebut juga memiliki frekuensi
yang berbeda: cahaya merah memiliki frekuensi yang paling rendah dan cahaya
ungu memiliki frekuensi yang paling tinggi.
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.
Ketika cahaya Matahari menembus atmosfer Bumi, ada beberapa peristiwa yang
terjadi. Pertama, cahaya Matahari diserap oleh molekul-molekul di atmosfer
Bumi. Kemudian, yang menarik, adalah kejadian setelah penyerapan, dimana cahaya
tersebut dilepaskan kembali ke atmosfer — peristiwa yang sering disebut sebagai
hamburan cahaya (scattering).
Saat
cahaya matahari 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.
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.
E.
MENGAPA LANGIT
BERWARNA ORANGE PADA SORE HARI
Saat
matahari terbit dan terbenam maka langit sebagian akan berwarna berwarna merah,
langit berwarna biru, dan cahaya langit terpolarisasi (paling tidak sebagian).
Fenomena ini dapat dijelaskan atas dasar penghamburan cahaya oleh molekul
atmosfer. Penghamburan cahaya oleh atmosfer bumi bergantung kepada panjang
gelombang. Untuk partikel-partikel yang jauh lebih kecil dari panjang gelombang
cahaya (seperti molekul udara), partikel-pertikel tersebut tidak merupakan
rintangan yang besar bagi panjang gelombang yang panjang dibandingkan bagi yang
pendek. Penghamburan berkurang, cahaya merah dan jingga dihamburkan lebih
sedikit dari biru dan ungu, yang merupakan penyebab langit berwarna biru.
Pada
saat matahari terbenam, dipihak lain, berkas cahaya matahari melewati panjang
atmosfer maksimum. Banyak dari warna biru yang telah dikeluarkan dengan
penghamburan. Cahaya yang mencapai permukaan bumi berarti kekurangan biru, yang
merupakan alasan matahari terbenam berwarna kemerahan.cahaya dari matahari
terdiri dari paduan semua warna, dari merah, kuning, hijau, biru, hingga ungu.
Warna-warna itu memiliki frekuensi yang berbeda. Merah memiliki frekuensi yang
lebih kecil dari kuning, kuning lebih kecil dari hijau, hijau lebih kecil dari
biru, biru lebih kecil dari ungu. Semakin besar frekuensi cahaya, semakin kuat
cahaya itu dihamburkan. Warna langit adalah sebagian cahaya matahari yang
dihamburkan. Karena yang paling banyak dihamburkan adalah warna berfrekuensi
tinggi (hijau, biru, dan ungu), maka langit memiliki campuran warna-warna itu,
yang kalau dipadukan menjadi biru terang. Karena warna biru banyak dihamburkan,
maka warna matahari tidak putih sempurna, seperti yang seharusnya terjadi jika
semua warna dipadukan.
Warna
matahari menjadi sedikit agak jingga. Pada sore hari, sering matahari berubah
warna menjadi merah. Pada saat itu, sinar matahari yang sudah miring menempuh
jarak lebih jauh untuk mencapai mata kita, sehingga semakin banyak cahaya yang
dihamburkan. Sehingga yang banyak tersisa adalah cahaya frekuensi rendah, yaitu
merah.Di bulan dan di planet yang tidak memiliki atmosfir, cahaya matahari
tidak dihamburkan, sehingga langit selalu berwarna hitam, walaupun di siang
hari. Efek Tyndall juga dapat menerangkan mengapa langit pada siang hari
berwarna biru, sedangkan ketika matahari terbenam di ufuk barat berwarna jingga
atau merah. Hal tersebut dikarenakan penghamburan cahaya matahari oleh
partikel-partikel koloid di angkasa, dan tidak semua frekuensi sinar matahari
dihamburkan dengan intensitas yang sama. Oleh karena intensitas cahaya
berbanding lurus dengan frekuensi, maka ketika matahari melintas di atas kita,
frekuensi paling tinggilah yang banyak sampai ke mata kita, sehingga kita
melihat langit biru.
Ketika
matahari hampir terbenam, hamburan cahaya yang frekuensinya yang rendahlah yang
lebih banyak sampai ke kita, sehingga kita menyaksikan langit berwarna jingga
atau merah. Kita ingat untaian cahaya tampak dalam spektrum cahaya,
merah-jingga-kuning-hijau-biru-ungu. Dari urutan merah sampai ungu,
frekuensinya semakin tinggi. Jadi warna-warna yang mendekati merah memiliki
frekuensi cahaya tinggi, dan warna-warna yang mendekati ungu memiliki frekuensi
cahaya rendah.
Silahkan dilihat gambar berikut :
Jika kita
perhatikan, maka lintasan yang ditempuh oleh cahaya matahari sore (lingkaran
merah) untuk sampai ke mata pengamat (kotak coklat) akan lebih panjang dari
lintasan yang di tempuh oleh cahaya matahari siang (lingkaran kuning).
Jarak tempuh cahaya matahari siang di
wakili oleh panah hijau. Terlihat jelas kalau jarak tempuh cahaya matahari pagi
dan sore jauh lebih panjang dari jarak tempuh matahari siang.
Adalah fakta yang sudah kita ketahui
bersama jika cahaya matahari terdiri dari banyak spektrum warna (jembatan
keledai: Me-Ji-Ku-Hi-Bi-Ni-U), merah-jingga-kuning-hijau-biru-nila-ungu. Jika
seluruh cahaya ini bersatu seperti power rangers dan terlihat secara bersamaan
oleh mata kita, maka ia akan terlihat sebagai cahaya putih.
Untuk lebih sederhananya kita akan
gunakan prinsip R-G-B (red-green-blue) yang sudah kita bahas ditulisan yang lampau.
Kombinasi R-G-B akan memberikan warna
putih. Kombinasi R-G akan memberikan warna kuning. Jika intensitas R lebih
besar dari intensitas G, maka akan diperoleh warna jingga.
Atmosfer bumi sebagian besar
mengandung oxygen dan nitrogen. Oxygen dan nitrogen ini memiliki ukuran yang
sangat kecil dan memiliki kemampuan untuk menyebarkan cahaya (bahasa
aslinya “scatering”) dengan panjang gelombang yang pendek (cahaya biru dan
violet).
Pada sore hari, cahaya matahari
melintas dengan jarak yang jauh lebih panjang. Saking panjangnya,
- cahaya dengan panjang gelombang
paling pendek (cahaya biru) akan di sebarkan ke mana-mana, dan akan sangat
sedikit cahaya biru yang sampai ke pengamat baik jika dia melihat langit
ataupun lingkaran matahari
- cahaya hijau yang memiliki
panjang gelombang di tengah juga akan ikut tersebarkan.
- cahaya merah yang memiliki
gelombang paling panjang akan paling sedikit disebarkan. Jadi sebagian
besar akan langsung sampai ke mata pengamat
Akibatnya apa yang terjadi,
Cahaya yag sampai
ke pengamat baik di langit ataupun di lingkaran matahari adalah R dominan
dengan G kurang dominan. Kombinasi warna ini memberikan kesan lingkaran
matahari berwarna merah dominan ke arah jingga.
Daftar Pustaka
