Mengapa
langit berwarna biru? Sebagian kita mungkin menjawab, “sudah takdir…”
Jawaban ini tidak salah, tapi apa tidak lebih baik kita juga meraba
bagaimana takdir tersebut terjadi? Dalam banyak ayat, Allah menantang
manusia untuk menggunakan pikiran agar dapat mengagumi ayat-ayat
(tanda-tanda) kekuasaan-Nya. Afala ta’kiluun? Apakah kalian tidak menggunakan akalnya (untuk mencerna tanda-tanda kekuasaan-Ku?)
Kali ini kita akan mencoba mengkaji persoalan ini secara ilmiah.
Mengapa langit berwarna biru? Apa dalang dari fenomena ini? Yap…untuk
menjawab pertanyaan ini paling tidak kita perlu mengkaji dua hal, yakni
tentang atmosfer dan karakter cahaya. Hal ini mengingat fenomena langit
berwarna biru melibatkan kedua komponen tersebut. Cahaya yang datang
dari matahari akan mengalami hamburan ketika melewati partikel yang
mengisi atmosfer. Tanpa atmosfer, maka langit kita akan gelap sepanjang
hari. Hal ini karena tidak ada molekul yang dapat menghamburkan cahaya
ke berbagai arah. Dalam keadaan semacam itu, bintang dapat dilihat di
siang hari dan cahaya matahari dapat dilihat hanya jika kita melihatnya
secara langsung. Keadaan ini persis sama dengan keadaan dari berbagai
planet lain di tata surya matahari yang tidak memiliki atmosfer.
ATMOSFER
Atmosfer merupakan percampuran dari berbagai gas dan molekul yang
melingkupi permukaan bumi. Komponen utamanya adalah gas nitrogen (78%)
dan oksigen (21%). Selebihnya, atmosfer terisi oleh gas argon, air (baik
dalam bentuk uap air maupun kristal es), dan berbagai partikel padat
seperti debu, partikel-partikel sisa pembakaran (polutan), dan juga
garam (terutama untuk daerah di atas permukaan laut).
Komposisi atmosfer bervariasi tergantung lokasinya. Pada daerah
permukaan laut, atmosfer banyak mengandung air dan garam. Pada daerah
industri, atmosfer akan banyak diisi berbagai partikel sisa pembakaran.
Kerapatan atmosfer juga bervariasi menurut ketinggiannya. Daerah dasar
atmosfer memiliki tingkat kerapatan yang paling tinggi. Nilainya akan
terus menurun dengan pertambahan ketinggian atmosfer.
CAHAYA
Cahaya merupakan energi yang diradiasikan melalui suatu gelombang.
Gelombang yang dimaksud adalah gelombang elektromagnetik (gelombang em).
Dinamakan seperti itu karena gelombang tersebut dibangun oleh getaran
medan listrik dan medan magnet secara serentak secara saling tegak
lurus. Arah perjalanan gelombang untuk masing-masing medan dapat
ditunjukan pada Gambar 1.
Gambar 1. Konfigurasi Gelombang EM (diambil dari http://www.monos.leidenuniv.nl)
Cahaya tampak yang terdiri dari merah, jingga, kuning, hijau, biru,
nila dan ungu hanyalah sebagian kecil dari radiasi gelombang em.
Masing-masing warna memiliki panjang gelombang dan frekuensi yang khas.
Artinya, warna suatu cahaya tergantung pada nilai panjang gelombang dan
frekuensinya. Panjang gelombang dan frekuensi memiliki nilai yang
berkebalikan, warna dengan frekuensi tinggi berarti memiliki panjang
gelombang yang pendek. Semakin tinggi frekuensi, semakin besar
energinya. Berdasarkan Gambar 2, warna merah memiliki panjang gelombang
yang paling panjang (700 nm), artinya ia memiliki frekuensi yang paling
rendah dan dengan demikian energinya juga paling rendah jika
dibandingkan dengan cahaya tampak yang lain.
Gambar 2. Tabel Radiasi Gelombang em (Diambil dari http://cache.eb.com/eb/image)
Jika matahari meradiasikan seluruh panjang gelombang cahaya tampak
(Mejikuhibiniu), mengapa yang kita lihat matahari berwarna putih?
Yap..cahaya putih yang kita lihat tersebut sebenarnya tersusun dari
keseluruhan cahaya tampak yang ada. Artinya, jika seluruh warna pada
cahaya tampak bergabung menjadi satu, maka yang terlihat adalah warna
putih. Kita dapat memecah warna ini dengan cara melewatkannya di suatu
prisma kaca. Percobaan ini pertama kali dilakukan oleh newton, ia
melewatkan cahaya putih pada suatu prisma, ternyata pada ujung
perjalanannya cahaya putih telah berubah menjadi susunan warna merah,
jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu. Peristiwa ini dikenal sebagai
dispersi cahaya.
Gambar 3. Dispersi Cahaya (diambil dari http://upload.wikimedia.org/wikipedia)
HAMBURAN CAHAYA
Ketika cahaya putih (yang di dalamnya terkandung mejikuhibiniu)
diradiasikan dari matahari dan melewati atmosfer, maka cahaya putih
tersebut akan mengalami beberapa peristiwa. Pertama, cahaya tersebut
akan diserap oleh berbagai molekul yang mendiami atmosfer. Kedua,
setelah diserap cahaya tersebut akan dilepaskan kembali ke atmosfer.
Peristiwa inilah yang kita sebut sebagai hamburan cahaya. Pada peristiwa
penyerapan bisa dibilang tidak ada sesuatu yang menarik. Namun pada
saat cahaya dilepas dari molekul, muncul suatu fenomena yang menarik
untuk dianalisis. Ternyata cahaya dengan energi yang besar (frekuensi
besar) akan diradiasikan lebih banyak daripada cahaya dengan energi
rendah (frekuensi rendah). Melalui analisis yang detail diperoleh
hubungan bahwa jumlah energi yang diradiasikan pada peristiwa hamburan
adalah sebanding dengan pangkat empat frekuensinya. Sehingga jika
diketahui panjang gelombang ungu adalah 400 nm dan merah adalah 700 nm,
maka perbandingan pangkat empat frekuensi kedua cahaya (Ungu : Merah)
dapat dihitung sebesar (700 nm/400 nm)^4 dan diperoleh 9,4. Artinya
cahaya ungu diradiasikan 9 kali lebih banyak daripada cahaya merah.
Itulah sebabnya pada siang hari kita tidak melihat langit berwarna
merah, melainkan biru. Tapi mengapa biru? Bukankah ungu memiliki
frekuensi yang lebih tinggi dan oleh karenanya semestinya paling banyak
diradiasikan? Mengapa langit tidak berwarna ungu?
Untuk menjawab pertanyaan ini, kita perlu melibatkan ilmu tentang
mata sebagai alat indra yang digunakan untuk melihat. Di dalam retina
mata terdapat tiga reseptor warna, yakni reseptor merah, biru, dan
hijau. Masing-masing reseptor sensitif untuk masing-masing warna.
Sehingga ketika ada beberapa warna mesuk ke retina secara bersamaan,
maka masing-masing warna akan ditangkap oleh reseptor yang sesuai.
Nah..pada peristiwa hamburan cahaya, berdasarkan nilai frekuensinya
maka warna biru dan ungu adalah warna yang paling banyak dihamburkan.
Namun langit tampak berwarna biru karena di dalam retina terdapat sel
reseptor biru yang lebih sensitif untuk menangkap warna biru ketimbang
ungu. Akibatnya, kesan warna yang paling dominan untuk dilihat adalah
biru. Demikianlah mengapa langit berwarna biru. Semoga bermanfaat…
Tidak ada komentar:
Posting Komentar