Bagaimana Awan Bisa Tetap Melayang di Angkasa?

Oleh Jim McQuaid

TERIMA kasih untuk pertanyaannya Samson.

Percaya atau tidak, saya pernah menimbang awan; tidak banyak orang yang bisa melakukan itu!

Saya dan teman-teman ilmuwan saya terbang ke langit dengan sebuah pesawat raksasa, dan menembus awan putih yang halus.

Di dalam awan sebenarnya sangat basah, karena awan terdiri dari miliaran tetesan kecil air.

Ketika kami terbang menembus sebuah awan, kami menggunakan laser dan perangkat ilmiah khusus lainnya untuk mengukur seberapa besar awan itu dan menghitung berapa banyak tetesan kecil air di dalamnya.

Kemudian, kami melakukan perhitungan dan menemukan bahwa awan ini - yang sebenarnya cukup kecil untuk ukuran awan - ternyata beratnya empat ton, atau sama dengan berat dua ekor gajah!

Wajar kalau kita bertanya-tanya bagaimana benda seberat itu bisa tetap ada di langit.

Ada tiga kepingan dalam teka-teki ini dan yang pertama adalah gravitasi.

Seperti halnya semua benda yang ada di planet ini, tetesan kecil air yang membentuk awan tertarik ke Bumi oleh gravitasi. Tapi tetesan ini sangat kecil sehingga sulit bagi mereka untuk melewati udara di bawahnya.

Ini berarti tetesan ini tidak jatuh dengan cepat, yaitu dengan kecepatan hanya sekitar satu sentimeter (cm) per detik, dan angin yang bertiup ke atas dapat membawa tetesan ini kembali naik.

Kepingan kedua terkait ilmu kimia, tidak terlalu banyak, tapi cukup untuk menjawab ini.

Izinkan saya memperkenalkan tabel periodik: sebuah peta berisi semua elemen yang kita ketahui.

Elemen adalah unsur pembangun dari semua hal, seperti Lego-Lego kecil yang kita gunakan untuk membangun objek yang lebih besar dan lebih kompleks.

Tabel periodik diatur sehingga elemen paling ringan dari setiap baris selalu di sebelah kiri. Hidrogen adalah yang paling ringan dari semua elemen, jadi diletakkan di kiri atas. Di setiap baris, semakin ke kanan, elemen-elemennya menjadi semakin berat.

Udara kering sebagian besar terdiri dari dua gas, nitrogen dan oksigen, ditambah sedikit argon dan sejumlah gas lainnya.

Mari kita fokus pada nitrogen dan oksigen. Seperti yang ada pada tabel periodik, berat atom nitrogen tunggal adalah 14, sedangkan oksigen hampir 16.

Tetapi atom nitrogen atau oksigen tidak suka menyendiri, sehingga mereka hampir selalu berpasangan, dua atom dalam satu molekul, seperti dua kacang polong dalam kulitnya.

Karena itu, molekul nitrogen biasanya berbobot 28 dan molekul oksigen berbobot 32.

Begitu kita menambahkan air (H?O) ke udara, keadaan menjadi menarik.

Molekul air terdiri dari dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Ingat bahwa hidrogen adalah unsur paling ringan?

Nah, satu molekul air hanya memiliki berat 18. Jadi sebenarnya air lebih ringan dari molekul nitrogen atau okisigen, itu sebabnya udara lembab lebih ringan dari pada udara kering.

Kepingan berikutnya adalah suhu. Biasanya, udara hangat naik, sementara udara dingin turun.

Ketika air berada dalam udara lebih hangat, air lebih cenderung menjadi gas. Ketika di udara lebih dingin, air akan berbentuk cair, seperti tetesan awan, hujan es atau salju.

Saat udara hangat dan lembab naik, udara menjadi semakin dingin. Dan saat dingin, lebih banyak butiran air kecil terbentuk.

Kita mungkin mengira tetesan hanya jatuh sebagai hujan, tetapi sebaliknya, sesuatu yang menarik terjadi.

Kamu tahu bagaimana keringat mendinginkan kulit kita ketika keringat mengering dan berubah dari cair menjadi gas? Nah, ketika gas berubah menjadi cair, hal yang sebaliknya terjadi: air mengeluarkan panas.

Ini berarti bahwa tetesan awan sekarang dikelilingi oleh selimut kecil udara hangat. Dan udara hangat selalu naik! Tapi tidak terlalu tinggi, karena suhu mendingin lagi setelah di atas.

Sekarang teka-teki kita hampir selesai: awan terdiri dari tetesan kecil air, yang hampir tidak terpengaruh oleh gravitasi, berada dalam udara lembab, yang lebih ringan daripada udara kering.

Tetesan ini dikelilingi oleh selimut udara hangat kecil, yang mengangkatnya ke arah langit. Itulah sebabnya awan dengan berat miliaran ton bisa tetap mengapung di langit.

Jim McQuaid

Associate Professor of Atmospheric Composition, University of Leeds

Halo, apakah kamu punya pertanyaan untuk para pakar? Sampaikan pertanyaanmu ke curiouskids@theconversation.edu.au Tuliskan nama, umur, dan kota tempat tinggalmu. Kami akan berupaya sebaik mungkin untuk dapat menjawab pertanyaanmu.

Artikel ini tayang di Kompas.com berkat kerja sama dengan The Conversation Indonesia. Tulisan di atas diambil dari artikel asli berjudul "Curious Kids: Bagaimana awan bisa tetap melayang di angkasa?". Isi di luar tanggung jawab Kompas.com.