Mengapa Langit Berwarna Biru dan Matahari Tampak Berwarna Merah saat Tenggelam?

Saat memandang langit, pernahkah kalian bertanya-tanya mengapa langit berwarna biru? Tidak hanya biru, tetapi juga warna lain seperti jingga atau memerah saat tenggelam, atau hitam gelap saat malam?

Untuk warna langit pada siang dan malam, perubahan yang nampak adalah terang saat siang dan gelap saat malam karena rotasi bumi. Permukaan bumi pada siang hari menghadap ke matahari sehingga mendapatkan sinar matahari dan langit menjadi terang. Sebaliknya, permukaan bumi yang sedang membelakangi matahari tidak mendapatkan sinar matahari sehingga langit menjadi gelap.

Pada siang hari, kondisi warna langit ternyata beragam. Terkadang  kita melihatnya berwarna biru, jingga, atau merah. Hal ini dapat dijelaskan berdasarkan sains.

Matahari mengeluarkan cahaya. Cahaya merupakan salah satu jenis gelombang elektromagnetik. Kita bisa melihat gelombang cahaya yang memiliki panjang gelombang (λ) = 7,5 x 10^-7 m sampai 4,0 x 10^-7 m. Cahaya yang bisa kita lihat ini disebut sebagai cahaya tampak. Cahaya tampak terbagai menjadi banyak spektrum, yaitu Merah-Kuning-Hijau-Biru-Nila-Ungu (MeJiKuHiBiNiU). Mata kita menangkap semua spektrum cahaya tampak ini. 

Cahaya Tampak

Lalu, mengapa langit terlihat berwarna biru oleh mata kita?

Sebenarnya, matahari mengeluarkan cahaya berwarna putih. Cahaya ini belum terpolarisasi. Jika terpolarisasi, maka akan terbagi menjadi berbagai spektrum warna MeJiKuHiBiNiU. 

Saat cahaya memasuki atmosfer bumi, cahaya akan terhambur oleh molekul-molekul yang ada di atmosfer. Medan listrik dari gelombang elektromagnetik menjadikan muatan listrik pada molekul di atmosfer berosilasi dan molekul menyerap satu/beberapa bagian radiasi yang datang. Tetapi molekul secara cepat mengeluarkan cahaya tersebut kembali  sebab osilasi muatan. Osilasi muatan listrik menghasilkan gelombang elektromagnetik. Intensitas paling kuat jika tegak lurus osilasi, dan menjadi nol jika sejajar dengan arah osilasi.

Pengamat di bumi pada sudut yang tepat terhadap arah sinar matahari, akan melihat cahaya mengalami polarisasi-mendatar karena tidak ada cahaya yang dikeluarkan sepanjang arah lain dari komponen lain pada osilasi. Saat penglihatan searah garis osilasi, kita tidak melihat osilasinya, sehingga tidak ada gelombang yang terbentuk. Pada sudut lain, akan ada 2 komponen, salah satunya lebih kuat sehingga cahaya terlihat terpolarisasi sebagian.

Hamburan Cahaya

Hamburan cahaya tergantung panjang gelombang. Untuk partikel yang lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya (seperti molekul udara), partikel tidak terlalu menghalangi panjang gelombang yang panjang dibanding yang pendek. Sehingga biru dan ungu terhambur lebih banyak daripada merah dan jingga, hasilnya warna langit terlihat biru.

Pada saat matahari tenggelam, sinar matahari melewati jarak terjauh pada atmosfer. Warna biru telah banyak hilang karena hamburan sebelumnya. Cahaya saat sore sampai ke kita pada sudut yang rendah yakni saat matahari dekat dengan horizon, dan pemantulan akibat awan dan kabut, sehingga tidak berwarna biru. Maka dari itu, langit saat matahari tenggelam berawarna kemerahan dan matahari juga terlihat memerah.

Cahaya Terkena Hamburan
(sumber gambar: https://cefrc.princeton.edu/)

Sedangkan untuk awan, ia mengandung tetesan air atau kristal yang memiliki ukuran lebih besar, sehingga menghamburkan semua frekuensi cahaya hampir secara seragam. Oleh karenanya, awan terlihat berwarna putih.

 

Hamburan Rayleigh

Hamburan cahaya oleh partikel dengan ukuran lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya disebut sebagai Hamburan Rayleigh (Rayleigh Scattering). Fenomena ini dinamai Hamburan Rayleigh berdasarkan nama ilmuwan Inggris abad ke-19, Lord Rayleigh. Langit yang berwarna biru merupakan salah satu akibat dari adanya fenomena hamburan Rayleigh. 

Hamburan Mie

Hamburan Mie akibat Kabut Asap di Muaro Jambi
(detik.com)

Pada kasus tertentu, langit bisa tiba-tiba berwarna kuning, jingga atau merah meski masih pagi atau siang hari. Misalnya ketika ada kebakaran lahan gambut di Muaro Jambi pada tahun 2019 atau yang terbaru ketika ada kebakaran hebat di Los Angeles, Amerika Serikat pada Januari 2025. Kabut asap hasil kebakaran mengandung partikel yang berukuran lebih besar daripada panjang gelombang cahaya tampak dan terakumulasi di udara sekitarnya, menyebabkan cahaya matahari terhambur oleh partikel  tersebut. Hamburan oleh partikel yang berukuran lebih besar daripada panjang gelombang cahaya tampak menyebabkan langit berwarna kemerahan, hal ini disebut sebagai hamburan Mie.

Share this post