Mengapa Langit Berwarna Biru? Bukannya di Luar Angkasa itu Gelap?

Yaps, pada tulisan ini Warstek akan menjawab pertanyaan dari Dimas Rio Pratama, dengan bahasa yang sesederhana mungkin.

Bagi yang ingin bertanya seputar sains dan teknologi, silahkan bertanya di instagram Warstek.com ya.

Sebenarnya langit tidak hanya berwarna biru, melainkan terdiri dari warna yang berbeda-beda. Bukankah kalau pagi kita melihat langit berwarna kemerahan? Kalau mendung menjadi berwarna keabu-abuan? Dan kalau malam berwarna hitam? Nah, ternyata langit berwarna-warni juga ya, tidak hanya berwarna biru, atau malah justru tidak memiliki warna?

Kalau siang dan hari sedang cerah, nah mengapa langit berwarna biru? Apakah tercipta dari pantulan warna samudera di seluruh permukaan bumi ataukah warna biru itu merupakan warna yang muncul akibat cahaya matahari?

Mau tau apa penyebabnya? Jawabannya adalah…

Planet kita Bumi, diselubungi oleh suatu lapisan udara yang tidak dapat terlihat secara langsung yang dikenal sebagai atmosfer. Atmosfer adalah suatu lapisan yang terdiri dari berbagai partikel sangat kecil, termasuk gas-gas seperti oksigen, nitrogen, karbon dioksida, dan juga uap air serta debu. Di ruang hampa udara luar angkasa, cahaya matahari yang pada awalnya bergerak tanpa berinteraksi dengan substansi apapun, ketika mencapai permukaan Bumi akan berinteraksi dengan atmosfer.

Cahaya matahari yang memasuki atmosfer mengalami fenomena yang dikenal sebagai hamburan atau scattering. Proses ini terjadi ketika cahaya matahari bertemu dengan partikel-partikel kecil atau butiran dalam atmosfer yang menyebabkan cahaya tersebar ke segala arah. Dengan kata lain, atmosfer bertindak seperti prisma alami yang memecah cahaya matahari menjadi berbagai warna yang terlihat selama matahari terbit atau terbenam. Hamburan cahaya juga berkontribusi pada fenomena lain, seperti warna langit dan penampakan pelangi. Oleh karena itu, atmosfer tidak hanya merupakan pelindung bagi kehidupan di Bumi, tetapi juga berperan dalam menciptakan sejumlah fenomena alam yang menakjubkan.

Hamburan cahaya matahari yang terjadi akibat interaksi dengan atmosfer dikenal sebagai hamburan Rayleigh. Fenomena ini muncul ketika seberkas cahaya melewati partikel-partikel atmosfer, dan terjadi karena panjang gelombang cahaya yang lewat lebih besar daripada panjang partikel yang dilewati.

Secara faktual, ketika sinar matahari menembus atmosfer, panjang partikel-partikel atmosfer, terutama oksigen dan nitrogen, jauh lebih kecil dibandingkan panjang gelombang cahaya matahari itu sendiri. Perbandingan ini mencapai seribu kali lipat lebih kecil. Hal ini dapat diilustrasikan dengan menyamakan partikel-partikel atmosfer dengan butiran kecil yang menghamburkan cahaya yang melewatinya. Keberadaan partikel-partikel ini memainkan peran penting dalam memahami mengapa luar angkasa tampak gelap, karena di luar angkasa tidak ada partikel-partikel tersebut (partikel atmosfer). Jadi, inilah yang menjelaskan mengapa luar angkasa itu gelap dan mengapa langit bumi berwarna (pernyataan ini kurang tepat, akan dijelaskan kemudian, karena langit pada dasarnya tidaklah berwarna), tetapi mengapa biru?

Cahaya matahari terdiri dari campuran semua warna mulai dari merah, kuning, hijau, biru, hingga ungu, makanya disebut MEJIKUHIBINIU, dari TK pun kita telah mengenalnya. Warna-warna itu memiliki frekuensi yang berbeda. Semakin tinggi frekuensinya, maka semakin pendek panjang gelombangnya.

Hamburan warna biru merupakan hamburan warna terkuat atau setidaknya empat kali lebih kuat daripada hamburan warna-warna lainnya, sehingga mengalahkan warna-warna lain, seperti tampak digambar atas, akibatnya mata kita lebih sensitif terhadap warna biru.

Jadi sampai disini dapat disimpulkan bahwa cahaya mataharilah yang menyebabkan langit berwarna, karena pada dasarnya langit tidaklah berwarna (hitam), ini terbukti pada saat malam, langit kita menjadi hitam karena tidak adanya cahaya matahari.

Namun bagaimana dengan warna lain? Warna kemerah-merahan pada saat matahari terbit dan senja? Warna abu-abu pada saat mendung? Nah, ini akan dibahas di tulisan berikutnya.

Warna kemerah-merahan yang terlihat pada saat matahari terbit dan senja, serta warna abu-abu pada saat mendung, juga melibatkan prinsip-prinsip dasar hamburan cahaya di dalam atmosfer. Ketika matahari berada pada posisi rendah di langit, cahaya matahari harus melewati lapisan atmosfer yang lebih tebal sebelum mencapai pengamat di permukaan bumi.

Pada saat matahari terbit atau senja, cahaya matahari harus melewati lebih banyak partikel atmosfer dan melintasi jarak yang lebih panjang. Akibatnya, cahaya dengan panjang gelombang lebih pendek, seperti warna merah dan oranye, akan lebih dominan. Ini menciptakan pemandangan spektakuler di langit dengan warna-warna hangat yang mencakup kemerahan dan keemasan.

Sementara itu, pada hari mendung, lapisan awan memainkan peran penting dalam menentukan warna langit. Awan mengandung butiran air dan partikel lain yang dapat menyebabkan hamburan cahaya dengan cara yang berbeda. Warna abu-abu atau kelabu pada langit mendung terjadi karena partikel-partikel dalam awan menyebabkan penyebaran cahaya yang lebih merata di berbagai panjang gelombang, menghasilkan warna netral atau abu-abu.

Dengan demikian, pemahaman fenomena alam ini memperkaya cara kita melihat dan mengapresiasi keindahan langit sehari-hari, sekaligus memberikan wawasan sederhana tentang prinsip-prinsip sains yang terlibat di dalamnya.

Berikut adalah video pembahasan mengapa langit berwarna biru.

Referensi:

1. “The Physics of Atmospheres” oleh John T. Houghton
   • Buku ini membahas topik-topik fisika atmosfer, termasuk hamburan cahaya dan fenomena optik lainnya yang terjadi di atmosfer. Cocok untuk pembaca yang memiliki dasar pengetahuan fisika yang kuat.
2. “Light and Color in the Outdoors” oleh Marcel Minnaert
   • Marcel Minnaert adalah seorang ahli astronomi dan fisik atmosfer yang menggali lebih dalam fenomena cahaya dan warna di alam terbuka. Buku ini menjelaskan dengan rinci berbagai aspek optik yang terlibat dalam perubahan warna langit.
3. “The Nature of Light and Colour in the Open Air” oleh M.G.J. Minnaert
   • Buku ini juga ditulis oleh Marcel Minnaert, dan menggali lebih dalam tentang bagaimana cahaya berinteraksi dengan atmosfer dan menghasilkan warna-warna yang kita amati di langit.
4. “Atmospheric Science: An Introductory Survey” oleh John M. Wallace dan Peter V. Hobbs
   • Buku ini memberikan gambaran umum tentang sains atmosfer, termasuk pemahaman tentang hamburan cahaya dan fenomena optik di atmosfer. Cocok untuk pembaca yang ingin memahami lebih luas tentang ilmu atmosfer.