Rahasia Alam Semesta: Mengapa Langit Berwarna Biru?

KOMPAS.com- Langit biru selalu dianggap mengisyaratkan bahwa cuaca sedang cerah dan sinar matahari sangat terik.

Sebelum memahami mengapa langit berwarna biru, penting untuk mengetahui sifat sinar matahari dan bagaimana interaksinya dengan gas yang ada di atmosfer Bumi.

Anthony D. Del Genio dari NASA Goddard Institute for Space Studies and Columbia University, seperti dilansir dari Scientific American, Jumat (16/10/2020) menjelaskan di mata kita, sinar matahari akan terlihat berwarna putih.

Padahal, sebenarnya hal tersebut merupakan campuran dari semua warna pelangi.

Sinar matahari melewati atmosfer dalam molekul udara naik dan turun,  itu diakibatkan adanya gelombang elektromagnetik yang menyebabkan partikel bermuatan elektron dan proton.

Ketika ini terjadi, muatan osilasi akan menghasilkan radiasi elektromagnetik pada frekuensi yang sama dengan sinar matahari yang masuk, tetapi menyebar ke semua arah yang berbeda. Pengalihan sinar matahari yang masuk oleh molekul udara ini disebut hamburan.

Dari spektrum cahaya, komponen warna biru memiliki panjang gelombang yang lebih pendek dan frekuensi yang lebih tinggi daripada komponen merah.

Sehingga, saat sinar matahari dari semua spektrum warna melewati udara, komponen biru akan menyebabkan partikel bermuatan berosilasi lebih cepat daripada warna merah.

Semakin cepat osilasi, maka semakin banyak cahaya tersebar yang dihasilkan, sehingga warna biru lebih kuat daripada merah.

Ada perbedaan yang cukup dramatis untuk partikel seperti molekul udara yang jauh lebih kecil, dari panjang gelombang cahaya tampak.

Percepatan partikel bermuatan sebanding dengan kuadrat frekuensi, dan intensitas cahaya yang tersebar sebanding dengan kuadrat percepatan ini. Oleh karena itu, intensitas cahaya yang tersebar sebanding dengan kekuatan frekuensinya.

Hasilnya adalah cahaya biru tersebar ke arah lain hampir 10 kali lebih efisien daripada cahaya merah.

Saat mata melihat titik sembarang di langit, jauh dari matahari, mata hanya akan melihat cahaya yang dialihkan oleh atmosfer ke dalam garis pandang kita.

Cahaya ungu sebenarnya tersebar bahkan sedikit lebih kuat dari pada biru. Akan tetapi, mata kita lebih peka pada cahaya warna biru dibandingkan ungu, sehingga langit tampak biru.

Berbeda saat kita melihat matahari terbenam di cakrawala. Mata kita hanya melihat cahaya yang belum tersebar ke arah lain, di mana pada saat ini panjang gelombang merah dari sinar matahari yang melewati udara dan belum tersebar mencapai mata.

Lebih banyak peluang untuk cahaya biru tersebar daripada saat matahari berada di atas kepala. Jarak yang lebih jauh yang ditempuh sinar matahari melalui atmosfer saat berada di cakrawala memperkuat efeknya, dengan demikian, matahari yang terbenam tampak kemerahan.

Awan, di sisi lain, terbuat dari tetesan air yang jauh lebih besar dari panjang gelombang cahaya tampak.

Cara mereka menyebarkan sinar matahari ditentukan oleh bagaimana cahaya dibiaskan dan dipantulkan secara internal oleh difraksi di sekitar, tetesan awan.

Untuk partikel-partikel ini, perbedaan antara hamburan cahaya biru dan merah tidak terlalu besar seperti pada molekul gas.

Oleh karena itu, mata kita menerima cahaya tersebar yang substansial pada semua panjang gelombang yang terlihat, menyebabkan awan tampak lebih putih dari pada biru, terutama bila dilihat dengan latar belakang langit biru.

Karena hamburan oleh atmosfer menyebabkan langit menjadi biru, planet tanpa atmosfer tidak dapat memiliki langit yang cerah.