Kenapa Langit Berwarna Biru dan Merah ?

Kita sering melihat ke arah luar rumah pada saat pagi hari ketika cuaca sedang bagus bahwa langit terbentang dengan warna biru dan saat senja hari malah berubah menjadi warna kemerahan. Ini semua faktor alam yang bersumber dari pusat tata surya kita yaitu Matahari.

Teori Dasar

Matahari menghasilkan energi sendiri dan memancarkan sinar ke segala komponen tata surya salah satunya bumi. Bumi memerlukan sinar dari matahari untuk kelangsungan hidup sehingga dari siklus ini menghasilkan fenomena Siang dan Malam. Kemudian, sebagai pengingat, bahwa sinar matahari itu merupakan sinar putih. Kenapa demikian? Karena pada matahari terdapat semua spektrum warna yang mana jika semua warna berkumpul akan menghasilkan warna putih, berbeda jika tidak ada warna, maka akan menghasilkan gelap. Gelombang spektrum matahari akan mengikuti warna terhadap objek yang berinteraksi dengannya

Cahaya matahari yang sampai ke bumi tidak langsung lewat begitu saja melainkan harus melewati lapisan penutup bumi yaitu Atmosfer, inilah yang disebut dengan “Hambatan Atmosfer”. Gelombang elektromagnetik yang dikirim oleh matahari terdiri dari Sinar Gamma, Sinar X, Ultraviolet, Sinar tampak (visible), inframerah, microwave, dan radio. Namun kita (manusia) hanya dapat melihat gelombang visible yang terdiri dari Violet, Indigo, Blue, Green, Yellow, Orange, Red. Sinar utama dari ketujuh warna tersebut yaitu Biru, Hijau, Merah.

Interaksi Spektrum Elektromagnetik dengan Warna Objek

Panjang Gelombang spektrum biru yaitu 0,4-0,5 mikrometer, Hijau 0,5-0,6 mikrometer dan Merah 0,6-0,7 mikrometer. Spektrum sinar tampak ini mengalami scattering (hamburan) dan absorption (penyerapan) pada saat berinteraksi dengan atmosfer.

• Scattering terjadi ketika partikel atau gas molekul berukuran besar terdapat pada atmosfer yang berinteraksi dengannya dan menyebabkan radiasi elektromagnetik dihamburkan.
• Absorption merupakan mekanisme lainnya yang terjadi saat radiasi elektromagnetik berinteraksi dengan atmosfer. Tidak seperti pada scattering, fenomena ini menyebabkan molekul-molekul pada atmosfer menyerap energi pada panjang gelombang yang bervariasi. Ozone, carbon dioxide, dan water vapour adalah tiga jenis utama material yang menyerap radiasi.

Hamburan pada atmosfer terdiri dari 3 jenis hamburan, yaitu hamburan Rayleigh, hamburan Mie, dan hamburan Non-Selektif.

Dari ketiga hamburan tersebut, hamburan Rayleigh lah yang menyebabkan langit berwarna biru dan atau merah. Hamburan Rayleigh terjadi karena diameter partikel di atmosfer lebih kecil dari panjang gelombang radiasi. Tentunya spektrum merah yang memiliki panjang gelombang paling panjang sehingga memiliki hamburan paling sedikit, tidak pada biru yang memiliki hamburan paling banyak. Hal ini dibuktikan pada persamaan berikut :

, yang mana I = Intensitas

Intensitas sinar tampak yang sampai ke bumi berbeda-beda, diakrenakan panjang gelombang yang tidak sama. Sinar biru yang memiliki panjang gelombang paling pendek, memiliki intensitas cahaya yang rendah, sinar hijau lebih banyak dari biru dan sinar merah yang paling banyak. Sehingga, semakin pendek panjang gelombang maka hamburan yang dihasilkan akan semakin banyak.

Lalu kenapa langit berwarna biru  saat sunrise dan merah saat sunset ?

Pertama, saat setengah bagian bumi menghadap ke arah matahari (yang artinya pagi hari) dan yang sebelah lagi menyamping dari arah matahari yang artinya sore, maka kedua bagian ini akan menerima intensitas cahaya yang berbeda dari ketiga sinar tampak tersebut.

Saat sinar biru sampai di atmosfer, sinar biru akan megalami hamburan yang sangat banyak sehingga kita yang sedang berada di dekat bagian matahari, akan melihat warna langit berupa warna biru.  Terlihat pada gambar di bawah, manusia yang berada di dekat matahari, akan melihat warna biru pada langit yang merupakan hasil hamburan karena panjang gelombang yang sangat pendek yang sudah terlebih dahulu dihamburkan pada bagian atas atmosfer.

Proses Perjalanan Spektrum Gelombang Elektromagnetik dari Matahari ke Bumi

Kemudian untuk spektrum merah, dikarenakan memiliki panjang gelombang yang paling panjang, dia akan terus melewati atmosfer sampai ke bagian dekat permukaan bumi pada bagian bumi yang menyamping arah matahari yang artinya akan memasuki waktu malam. Maka spektrum merah yang sampai ke arah atmosfer bagian sebelah bumi, akan menyebabkan warna kemerahan pada sore hari menjelang malam. Bukan tidak ada warna merah pada pagi hari, warna merah tetap ada, namun dikarenakan hamburannya sedikit pada atmosfer, warna merah sangat sedikit terlihat pada pagi hari.

Lalu, kemana warna hijau ? Panjang gelombang spektrum hijau, lebih panjang sedikit dari biru namun lebih lebih pendek dari merah. Sehingga warna hijau tidak terlalu dominan yang sampai ke bumi. Sinar hijau juga mengalami hamburan, namun karena ketidakdominannya tersebut, warna hijau ada yang bercampur dengan hamburan dari sinar biru (yang menyebabkan warna biru muda) dan juga bercampur dengan warna merah (yang menyebabkan warna kuning). Kita dapat melihat warna biru gelap pada subuh sampai dengan biru muda pada pagi menjelang sore, dan juga warna kuning pada siang hari. Berikut informasi warna yang dihasilkan jika saling bercampur :

Pencampuran Warna Dasar

Sumber Featured Image : diykamera.com