Mengapa langit berwarna biru adalah salah satu pertanyaan yang sering diajukan. Jawaban singkat dari pertanyaan ini adalah: karena atmosfer bumi dan sinar matahari. Jika Bumi tidak memiliki atmosfer, langit akan menjadi hitam pada siang hari seperti pada malam hari.
Langit biru untuk hari ini dan hitam untuk malam. Yang membedakan siang dengan malam adalah sinar matahari yang tidak ada pada malam hari, karena kita saat itu berada di bagian bumi yang membelakangi matahari. Ini sudah memberi kita petunjuk pertama tentang apa yang kita bicarakan – sinar matahari mempengaruhi warna langit.
Sinar matahari dan warna
Matahari berwarna putih, begitu pula sinar matahari yang harus menempuh perjalanan dari kita ke matahari sejauh (kurang lebih) 150 juta kilometer. Mengatakan Matahari itu putih bisa sedikit menyesatkan karena putih sebenarnya bukan warna, artinya bukan hanya satu warna. Ini terdiri dari banyak warna (lebih profesional dapat dikatakan seperti ini: putih adalah warna polikromatik, terdiri dari rentang warna yang berkesinambungan). Berikut adalah arti sebenarnya.
Sinar cahaya putih dapat dipisahkan menjadi spektrum warna-warni yang indah menggunakan perangkat seperti prisma. Ini adalah fenomena jangka panjang di mana sinar matahari keputihan terurai menjadi spektrum warna-warni melalui tetesan air hujan.
Kita juga dapat melihat cahaya sebagai gelombang, dan untuk memahami mengapa langit berwarna biru, kita harus melakukannya. Jadi, secara umum, cahaya adalah gelombang (lebih formal: radiasi elektromagnetik) dengan panjang (atau frekuensi) tertentu.
Gelombang cahaya tampak (itulah yang dapat dideteksi oleh mata kita dan mengubah otak kita menjadi gambar) memiliki panjang gelombang sekitar 400 hingga 700 nanometer, dan dalam konteks ini, warna hanyalah panjang gelombang tertentu. Misalnya, cahaya merah memiliki panjang gelombang sekitar 625 hingga 740 nanometer, lampu hijau memiliki panjang gelombang 500 hingga 565 nanometer, biru memiliki panjang gelombang 380 hingga 440 nanometer, dan ungu memiliki panjang gelombang 380 hingga 440 nanometer.
Mengenai pertanyaan yang kami jawab di sini, penting untuk mengingat hal-hal berikut:
- Cahaya biru dan ungu memiliki panjang gelombang terendah dari warna cahaya tampak lainnya,
- Matahari melewati ruang kosong dalam perjalanannya menuju mata kita hingga mencapai atmosfer bumi. Dan saat Anda melewatinya, hal-hal menarik terjadi yang akhirnya mengubah langit menjadi biru.
Atmosfer Bumi
Bagaimana atmosfer bumi secara umum? Ini adalah mantel bumi, terdiri dari berbagai gas (dan itu ada karena gravitasi bumi cukup kuat untuk “menambatkan” mereka ke dirinya sendiri). Kita semua tahu bahwa salah satu gas ini adalah oksigen, yang dibutuhkan manusia untuk hidup.
Tetapi banyak yang terkejut mengetahui bahwa sebagian besar masuk ke nitrogen. Proporsi oksigen di atmosfer sekitar 21%, dan nitrogen sebanyak 78%. Interaksi sinar matahari dengan molekul nitrogen dan oksigen di atmosfer membuat langit kita berwarna biru.
Penghamburan sinar matahari di atmosfer
Ketika sinar matahari memasuki atmosfer, melewati tanpa hambatan melalui ruang udara, mereka mulai “bertabrakan” dengan molekul nitrogen dan oksigen. Ada fenomena yang kita sebut hamburan, atau hamburan Rayleigh (menurut Lord Rayleigh, yang menggambarkan fenomena ini pada tahun 1871). Hamburan seperti itu terjadi ketika ukuran partikel tempat cahaya dihamburkan lebih kecil dari panjang gelombang cahaya itu (dan ini berlaku untuk molekul nitrogen dan oksigen di atmosfer, yang jauh lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya tampak).
Yang penting tentang hamburan Rayleigh adalah bahwa hal itu tergantung pada panjang gelombang atau warna cahaya: cahaya dengan panjang gelombang pendek paling banyak menyebar, dan cahaya dengan panjang gelombang panjang paling sedikit (jika, secara kebetulan, pangkat empat panjang gelombang). Misalnya, cahaya biru khas menyebar sekitar 5 kali lebih efisien daripada cahaya merah.
Saat sinar matahari melewati atmosfer, sinar ungu paling banyak menyebar, diikuti oleh sinar biru. Ini dapat dianggap sebagai warna ungu dan biru “melarikan diri” dari sinar matahari putih dan menata ulang, yaitu menyebar ke seluruh langit dan akhirnya mencapai mata, menciptakan gambar langit yang berwarna. Namun, jika ungu lebih menyebar daripada biru, lalu mengapa langit tidak berwarna ungu, tetapi kebiruan?
Ada dua alasan untuk ini. Pertama-tama, kami mencatat bahwa ada lebih sedikit warna ungu dalam spektrum matahari daripada warna biru. Kedua, mata manusia lebih sensitif terhadap warna biru daripada ungu. Inilah sebabnya mengapa langit akhirnya tampak biru bagi kita. Dan jika tidak ada atmosfer, itu akan menjadi hitam, karena tidak akan ada molekul yang menyebarkan sinar matahari ke langit.
Mengapa langit berwarna merah saat matahari terbit dan terbenam?
Saat matahari terbit dan terbenam, sinar matahari harus menempuh jarak yang lebih jauh melalui atmosfer daripada saat matahari tinggi di langit untuk mencapai mata kita. Dalam hal ini, radiasi ungu dan biru tersebar beberapa kali dalam arah acak dan akhirnya tidak mencapai mata kita. Dan jika ada banyak partikel debu dan kabut asap di lapisan atmosfer itu, maka hamburan di atasnya akan berkontribusi untuk semakin memerahkan, menciptakan matahari terbenam yang indah.
