Penjelasan Fisis tentang Warna Langit

Mengapa langit berwarna biru pada siang hari dan merah-kuning pada sore hari, sedangkan warna matahari kadang terlihat putih, kuning, dan merah pada waktu-waktu yang berbeda? Pertanyaan-pertanyaan ini dapat dijawab secara sederhana dengan fisika melalui Teori Hamburan. Teori Hamburan yang akan ditinjau pada fenomena ini adalah hamburan elastis oleh partikel yang memiliki diameter jauh di bawah panjang gelombang penghamburnya (matahari). Fenomena hamburan elastis ini dalam fisika dikenal dengan Teori Hamburan Rayleigh yang menyatakan:

1. Matahari memancarkan gelombang elektromagnetik bentuk spektrum cahaya tampak berupa warna merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu (spektum maksimal di panjang gelombang biru).
2. Matahari memancarkan semua spektrum cahaya tampak. Jika tidak ada partikel penghambur, warna matahari akan tampak putih (gabungan semua warna). Ini sebabnya astronot di luar angkasa melihat matahari berwarna putih dan ruang angkasa didominasi warna hitam.
3. Ketika cahaya putih ini memasuki atmosfer bumi, ia akan dihamburkan secara elastis oleh partikel nitrogen dan oksigen yang ada di atmosfer. Elastis disini memiliki makna bahwa tidak ada perubahan penjang gelombang yang datang dengan panjang gelombang yang dihamburkan, sehingga energinya tetap. Karena diameter partikel penghambur ini jauh lebih kecil dari panjang gelombang matahari, proses fisika yang terjadi adalah hamburan Rayleigh.
4. Menurut Teori Hamburan Rayleigh, intensitas hamburan berbanding terbalik dengan panjang gelombang pangkat empat penghamburnya (matahari), artinya semakin kecil panjang gelombang semakin besar intensitas hamburannya. Karena panjang gelombang biru dan ungu lebih kecil dari warna lainnya dan karena spektrum matahari maksimal di panjang gelombang biru maka dari semua rentang visibel yang dihamburkan oleh atmosfer, akan terlihat campuran yang paling dominan yaitu banyak sekali biru-ungu dengan sedikit warna-warna lainnya yang kemudian tampak sebagai biru cerah.
5. Warna matahari di siang hari sering terlihat kuning. Hal ini disebabkan karena kita melihat spektrum putih matahari yang sudah melewati partikel penghambur dengan banyak hamburan di warna biru dan ungu sehingga warna matahari yang terlihat bukan putih tetapi kekuningan.
6. Pada jarak dekat  warna matahari akan tampak lebih putih. Hal ini disebabkan karena cahaya matahari yang mengenai mata tidak banyak melewati partikel penghambur sehingga masih mengandung campuran semua warna (putih).
7. Pada saat kabut partikel gas atau debu di udara (diameternya jauh lebih kecil dari panjang gelombangnya, sehingga bukan hamburan elastis) menyerap dan memblokir warna dominan biru yang dihamburkan oleh nitrogen dan oksigen sehingga di beberapa tempat hamburan biru tidak sampai ke mata.
8. Awan akan terlihat putih karena partikel uap air memiliki diameter jauh lebih besar dari panjang gelombang matahari sehingga yang terjadi adalah hamburan yang tidak bergantung secara dominan pada panjang gelombang. Hal ini dikenal sebagai Teori Hamburan Mie. Ketika partikel awan terkena sinar putih matahari, ia akan menghamburkannya dalam warna putih sehingga tampak putih oleh pengamat.
9. Pada sore hari matahari berada di dekat horizon sehingga jarak tempuh ke pengamat lebih jauh. Semakin jauh jarak tempuhnya maka akan semakin banyak panjang gelombang biru-ungu yang dihamburkan dan warna hijau-merah yang sebelumnya sedikit dihamburkan kini mulai terhamburkan secara signifikan.
10. Pada sore hari warna matahari akan terlihat merah atau jingga. Hal ini disebabkan karena cahaya matahari yang sampai ke mata sudah dikurangi panjang gelombang biru-ungu-hijau dan sedikit jingga sehingga awalnya tampak jingga kemudian tampak merah di mata pengamat.
11. Pada sore hari warna langit akan kuning kemerahan karena keberadaan molekul debu dan partikel kecil di sekitar matahari yang memantulkan cahaya matahari. Ketika cahaya ini menempuh jalan menuju mata, panjang gelombang pendek (biru-ungu) akan dihamburkan keluar sehingga yang sampai adalah panjang gelombang yang lebih panjang yaitu merah-jingga-kuning dan bercampur membentuk sunset.

Hal ini menunjukkan kekuasaan Tuhan yang Maha Tak Terbatas. Proses yang begitu kompleksnya Ia ciptakan untuk menghiasi keindahan dan keragaman di alam semesta ini. Jika ditafakuri, kekuasaan Tuhan ini sungguh sangat menakjubkan. Sebagian ulama dengan berdalil pada kitab suci umat Islam, berpandangan bahwa mentafakuri kekuasaan Tuhan lewat ciptaannya akan mendapat pahala yang jauh lebih besar dibandingkan dengan beribadah 1000 tahun. “Maka nikmat Tuhan yang manakah yang kamu dustakan (lagi)?” (QS Ar-Rahman)…

SUMBER: http://budakfisika.blogspot.com