Optik Atmosfer - WordPress.com

1. Mengapa bintang berkelap-kelip?
Penyebab utamanya adalah karena bumi memiliki atmosfer. Banyaknya lapisan udara dengan
temperatur yang berbeda-beda di atmosfer menyebabkan lapisan-lapisan udara tersebut bergerak-gerak
sehingga menimbulkan turbulensi. Turbulensi ini bentuknya sama seperti ombak atau gelombang di laut
dan kolam renang. Jadi untuk mendapatkan gambaran seperti apa yang terjadi di atmosfer, bayangkan
sebuah koin yang diam di dasar kolam renang yang permukaannya tidak tenang akan terlihat bergerakgerak disebabkan refreaksi atau pembiasan cahaya. Hal yang sama terjadi pada cahaya ketika memasuki
atmosfer bumi, cahaya bintang akan dibelokkan oleh lapisan udara yang bergerak-gerak. Akibatnya
posisi bintang akan berpindah-pindah. Tetapi karena perubahan posisinya sangat kecil untuk dideteksi
mata, maka kita akan melihatnya sebagai kedipan.
2. Mengapa bintang (matahari) tidak berkelap-kelip?
Karena matahari merupakan bintang yang memiliki jarak paling terdekat dengan bumi yaitu sekitar 149
juta kilometer sehingga objek ini terlihat besar dibandingkan dengan bintang lain yang jaraknya
bertahun-tahun cahaya. Selain itu ada banyak sinar matahari yang datang dari segala arah yang datang
ke mata manusia sehingga terlihat sebagai objek tetap dan tidak berkedip berbeda dengan bintang jauh
yang sinarnya dari arah tertentu saja.
3. Lalu mengapa planet tidak berkelap-kelip?
Planet yang memiliki ukuran yang jauh lebih kecil daripada bintang akan tampak lebih besar dari bumi
karena jaraknya yang jauh lebih dekat. karena ukuran yang terlihat cukup besar sehingga turbulensi
atmosfer tidak memberikan pengaruh yang nyata pada berkas cahaya planet. Dilihat dari permukaan
bumi, planet pun akan tampak tidak berkedip. Kecuali pada kondisi atmosfer yang turbulensinya sangat
kuat, atau saat planet berada di dekat horison, planet akan tampak berkedip juga. Karena pada saat
planet berada di dekat horison (sesaat setelah terbit atau sebelum tenggelam), berkas cahayanya harus
melewati atmosfer yang lebih tebal.
4. Mengapa awan berwarna putih?
Sebuah tetesan air atau kristal es di dalam awan cukup besar untuk dapat menghamburkan cahaya dari
semua warna (panjang gelombang yang berbeda). Karena cahaya mengalami beberapa hamburan
diantara banyak tetesan air atau kristal es ke semua arah dan sedikit menyerap cahaya tampak dari
semua panjang gelombang, Hamburan/scattering cahaya tersebar dari semua panjang gelombang
merupakan warna putih awan yang teramati.
Gambar 1. Teteasan air dan Kristal es di dalam awan menghamburkan spectrum cahaya tampak
kesegala arah
[email protected]
5. Apa perbedaan antara scatering oleh atmosfer dan awan?
ukuran molekul udara dan partikel di atmosfer sebanding dengan panjang gelombang cahaya tampak ,
sinar matahari dihamburkan oleh atmosfer oleh " hamburan Rayleigh " , di mana biru atau ungu muda (
dengan panjang gelombang lebih pendek ) lebih cenderung tersebar dari merah atau cahaya oranye (
panjang gelombang lebih besar) sedangkan pada awan ukuran tetesan air atau kristal es dalam awan
(sekitar 10 mikrometer atau lebih besar ) jauh lebih besar dari panjang gelombang cahaya tampak,
sehingga semua cahaya tampak terlihat tersebar tentang sama oleh partikel dan itu disebut " hamburan
Mie " . Hamburan mie pada awan menghamburkan semua cahaya tampak sedangkan hamburan
Rayleigh cenderung menghamburkan cahaya yang panjang gelombang lebih pendek seperti biru atau
ungu memberikan warna biru pada langit .
Gambar 2. Scattering oleh awan, yang menghamburkan semua spectrum cahaya tampak
6. Mengapa awan berubah abu-abu atau gelap?
Awan tumbuh lebih besar dan tebal, lebih banyak sinar matahari terpantul daripada sinar yang diserap
atau dapat menembus awan. Karena hanya sedikit sinar matahari mencapai bagian bawah awan, kurang
cahaya tersebar, akibatnya dasar awan tampak abu-abu. Apalagi jika tetesan air di dekat dasar awan
tumbuh lebih besar (saat hampir jatuh sebagai tetes hujan), hal ini akan menjadi peredam cahaya yang
lebih efektif. Dengan demikian, untuk awan hujan-bantalan tebal, akan tampak keabu-abuan dan gelap
sebelum hujan mulai turun.
Gambar 3. Persentase transmisi cahaya merah, refleksi cahaya biru dan penyerapan cahaya hijau
berdasarkan ketebalan awan
[email protected]
7. Mengapa awan berwarna merah / oranye di senja hari?
Warna awan juga tergantung pada warna cahaya yang menyinarinya. Ketika sinar matahari melewati
lapisan tebal atmosfer dan partikel debu saat matahari terbenam, warna biru tersebar oleh
penghamburan Rayleigh dan hanya sisa-sisa warna merah-orange. Awan memantulkankan sinar
oranye/merah yang tak mengalami penghamburan. Sehingga muncul dalam warna yang efeknya jauh
seperti bersinar sorotan merah.
Gambar 4. Langit yang terlihat berwarna merah/ oranye
8. Apakah awan pada ketinggian yang berbeda berubah menjadi merah saat matahari terbenam secara
bersamaan?
Karena bumi adalah bulat, awan pada ketinggian yang berbeda berubah menjadi merah pada waktu
yang berbeda ketika matahari melintasi cakrawala. Tepat sebelum matahari terbenam, warna awan
rendah (misalnya stratus) akan berubah menjadi merah pertama. Tak lama setelah matahari terbenam,
awan tinggi (misalnya cirrus) akan secara bertahap berwarna merah dalam dan menjadi jelas
penampakannya dg latar belakang gelap. Seorang pengamat di tanah dapat membedakan awan di
ketinggian yang berbeda sesuai dengan waktu relative perubahan warna mereka selama matahari
terbenam.
Gambar 5. Perubahan warna awan terhadap ketinggian
[email protected]
9. Apa warna awan di malam hari?
Awan di malam hari yang terlihat hanya ketika ada sumber cahaya. Awan tipis umumnya akan tampak
putih di bawah cahaya bulan putih. Untuk bagian bawah awan rendah yang padat, sumber cahaya utama
adalah cahaya dari bumi/tanah (cahaya yang ada biasanya oranye atau putih) berasal dari jalan dan
sumber cahaya lain di kota-kota. Cahaya seperti itu biasanya mencapatai awan dan tersebar dengan
dasar awan rendah, membuat awan rendah muncul oranye kekuningan atau putih ketika diamati di
daerah perkotaan. Fenomena ini akan lebih jelas jika awan lebih rendah atau lebih padat.
Gambar 6. Langit di malam hari
10. Mana yang lebih gelap - pasir kasar atau pasir halus? Mengapa?
Pasir kasar – hal itu karena cahaya lebih mungkin diserap oleh sebutir besar dari butiran kecil.
Karenanya pasir kasar tampak lebih gelap dari pasir halus.
11. Mengapa pasir basah terlihat lebih gelap daripada pasir kering?
Jumlah cahaya keluar tergantung pada perubahan arah ketika cahaya memukul sebutir pasir.
Pasir dalam air akan lebih sulit ditemukan disbanding di dalam udara. Dalam hal ini,
perubahan arah cahaya sangat kecil di dalam air. Untuk butiran pasir dalam air, perubahan ke arah
cahaya lebih kecil daripada di udara. Hal ini menunjukkan bahwa rata-rata, dibutuhkan jalan lebih lama
untuk cahaya di pasir basah untuk keluar (kiri) dibandingkan kering pasir ( kanan). Semakin lama jalan
, semakin besar kemungkinan bahwa cahaya akan diserap. Oleh karena itu, pasir basah terlihat lebih
gelap dari pasir kering.
Gambar 7. proses keluarnya cahaya dari dalam celah butiran pasir
[email protected]
12. Mengapa warna gelombang pecah (buih) berwarna putih?
Untuk menjelaskan fenomena tersebut, mari kita ingat sinar matahari yang putih (matahari
memancarkan cahaya tampak dari semua warna, yang bergabung untuk memberikan cahaya putih).
Buih/gelembung terdiri dari gelembung, yang merupakan film cair yang sangat tipis dengan udara di
dalam. Dibandingkan dengan tetesan air dengan ukuran yang sama, gelembung menyerap banyak
cahaya kurang dari tetesan air karena memiliki sedikit materi. Udara dalam gelembung bukan penyerap
cahaya yang baik. Oleh karena itu, cahaya yang keluar dari gelembung lebih cerah daripada yang dari
air (yang hanya koleksi besar tetesan air), dan tampak putih di bawah matahari.
Gambar 8. Penyerapan cahaya oleh tetes air (kiri) dan buih (kanan)
13. Mengapa langit berwarna biru?
Cahaya matahari adalah campuran dari violet, biru, hijau hingga merah. Biru dan violet memiliki
panjang gelombang terpendek, panjang gelombang biru sekitar 450 nanometer atau 0,45 seperseribu
mm. Molekul udara, sebagian besar nitrogen dan oksigen, yang 1000X lebih kecil lagi. Mereka
berinteraksi sangat lemah dengan cahaya tampak, tetapi dengan jumlah besar mereka di atmosfer
menghasilkan efek. Molekul udara secara individual menyebarkan sinar matahari ke segala arah.
Cahaya biru tersebar atau mengalami penghamburan di atmosfer melalui “Reyleigh Scattering” jauh
lebih kuat daripada panjang gelombang yang lebih panjang. Sehingga, udara di atas kita tampak biru
dari sinar matahari yang tersebar
14. Apa itu pelangi??
Pelangi terjadi karena peristiwa pembiasan sinar matahari oleh air hujan, oleh karena itu pelangi dapat
dilihat setelah hujan turun. Bentuknya yang berupa lengkungan terjadi karena tetes air hujan diudara
yang berbentuk bulat atau sfera. Namun biasanya bagian bawah pelangi terlindungi oleh bumi
sehinggga pelangi pelangi yang dapat dilihat hanya berupa lengkungan. Pelangi secara utuh dapat
dilihat jika sedang berada di pesawat terbang yang mengudara. Butiran-butiran air hujan bertebaran di
atmosfer pada saat menjelang hujan atau sesudah hujan. Tetes air hujan berfungsi seperti prisma yang
dapat membiaskan cahaya dan menghasilkan deretan warna yang berbeda-beda. Deretan warna yang
berbeda-beda dinamakan spektrum. Spektrum cahaya disebabkan oleh dispresi cahaya. Cahaya
matahari yang jatuh pada permukan butiran air hujan (terdispersi) menjadi warna-warna sinar yang
terlihat sebagai pelangi. Cahaya matahari terurai menjadi spektrum oleh butiran air hujan pada
permukaan atas. Spektrum sinar dipantulkan sempurna oleh permukaan dalam butiran air hujan.
[email protected]
Gambar 9. Pelangi timbul akibat adanya refraksi dan refleksi dari sinar matahari
Spektrum sinar kemudian dibiaskan ke udara. Peristiwa dispersi, pemantulan, dan pembiasan cahaya
terjadi di tiap-tiap butir air hujan yang sangat banyak sehingga pelangi tampak melingkar di langit.
Berkas sinar merah membentuk sudut 42 derajat atau 50 derajat terhadap berkas sinar matahari yang
jatuh pada butiran air hujan. Berkas sinar ungu membentuk sudut 40 derajat atau 53 derajat. Pengamat
yang membelakangi matahari akan melihat atau menerima sinar merah dan ungu sebatas sudut antara
42 derajat, 40 derajat, 50 derajat, dan 53 derajat sesuai dengan lengkungan bumi.
REFERENSI
http://www.hko.gov.hk/education/edue.htm
[email protected]