1. Mengapa bintang berkelap-kelip? Penyebab utamanya adalah karena bumi memiliki atmosfer. Banyaknya lapisan udara dengan temperatur yang berbeda-beda di atmosfer menyebabkan lapisan-lapisan udara tersebut bergerak-gerak sehingga menimbulkan turbulensi. Turbulensi ini bentuknya sama seperti ombak atau gelombang di laut dan kolam renang. Jadi untuk mendapatkan gambaran seperti apa yang terjadi di atmosfer, bayangkan sebuah koin yang diam di dasar kolam renang yang permukaannya tidak tenang akan terlihat bergerakgerak disebabkan refreaksi atau pembiasan cahaya. Hal yang sama terjadi pada cahaya ketika memasuki atmosfer bumi, cahaya bintang akan dibelokkan oleh lapisan udara yang bergerak-gerak. Akibatnya posisi bintang akan berpindah-pindah. Tetapi karena perubahan posisinya sangat kecil untuk dideteksi mata, maka kita akan melihatnya sebagai kedipan. 2. Mengapa bintang (matahari) tidak berkelap-kelip? Karena matahari merupakan bintang yang memiliki jarak paling terdekat dengan bumi yaitu sekitar 149 juta kilometer sehingga objek ini terlihat besar dibandingkan dengan bintang lain yang jaraknya bertahun-tahun cahaya. Selain itu ada banyak sinar matahari yang datang dari segala arah yang datang ke mata manusia sehingga terlihat sebagai objek tetap dan tidak berkedip berbeda dengan bintang jauh yang sinarnya dari arah tertentu saja. 3. Lalu mengapa planet tidak berkelap-kelip? Planet yang memiliki ukuran yang jauh lebih kecil daripada bintang akan tampak lebih besar dari bumi karena jaraknya yang jauh lebih dekat. karena ukuran yang terlihat cukup besar sehingga turbulensi atmosfer tidak memberikan pengaruh yang nyata pada berkas cahaya planet. Dilihat dari permukaan bumi, planet pun akan tampak tidak berkedip. Kecuali pada kondisi atmosfer yang turbulensinya sangat kuat, atau saat planet berada di dekat horison, planet akan tampak berkedip juga. Karena pada saat planet berada di dekat horison (sesaat setelah terbit atau sebelum tenggelam), berkas cahayanya harus melewati atmosfer yang lebih tebal. 4. Mengapa awan berwarna putih? Sebuah tetesan air atau kristal es di dalam awan cukup besar untuk dapat menghamburkan cahaya dari semua warna (panjang gelombang yang berbeda). Karena cahaya mengalami beberapa hamburan diantara banyak tetesan air atau kristal es ke semua arah dan sedikit menyerap cahaya tampak dari semua panjang gelombang, Hamburan/scattering cahaya tersebar dari semua panjang gelombang merupakan warna putih awan yang teramati.
Gambar 1. Teteasan air dan Kristal es di dalam awan menghamburkan spectrum cahaya tampak kesegala arah
[email protected]
5. Apa perbedaan antara scatering oleh atmosfer dan awan? ukuran molekul udara dan partikel di atmosfer sebanding dengan panjang gelombang cahaya tampak , sinar matahari dihamburkan oleh atmosfer oleh " hamburan Rayleigh " , di mana biru atau ungu muda ( dengan panjang gelombang lebih pendek ) lebih cenderung tersebar dari merah atau cahaya oranye ( panjang gelombang lebih besar) sedangkan pada awan ukuran tetesan air atau kristal es dalam awan (sekitar 10 mikrometer atau lebih besar ) jauh lebih besar dari panjang gelombang cahaya tampak, sehingga semua cahaya tampak terlihat tersebar tentang sama oleh partikel dan itu disebut " hamburan Mie " . Hamburan mie pada awan menghamburkan semua cahaya tampak sedangkan hamburan Rayleigh cenderung menghamburkan cahaya yang panjang gelombang lebih pendek seperti biru atau ungu memberikan warna biru pada langit .
Gambar 2. Scattering oleh awan, yang menghamburkan semua spectrum cahaya tampak 6. Mengapa awan berubah abu-abu atau gelap? Awan tumbuh lebih besar dan tebal, lebih banyak sinar matahari terpantul daripada sinar yang diserap atau dapat menembus awan. Karena hanya sedikit sinar matahari mencapai bagian bawah awan, kurang cahaya tersebar, akibatnya dasar awan tampak abu-abu. Apalagi jika tetesan air di dekat dasar awan tumbuh lebih besar (saat hampir jatuh sebagai tetes hujan), hal ini akan menjadi peredam cahaya yang lebih efektif. Dengan demikian, untuk awan hujan-bantalan tebal, akan tampak keabu-abuan dan gelap sebelum hujan mulai turun.
Gambar 3. Persentase transmisi cahaya merah, refleksi cahaya biru dan penyerapan cahaya hijau berdasarkan ketebalan awan
[email protected]
7. Mengapa awan berwarna merah / oranye di senja hari? Warna awan juga tergantung pada warna cahaya yang menyinarinya. Ketika sinar matahari melewati lapisan tebal atmosfer dan partikel debu saat matahari terbenam, warna biru tersebar oleh penghamburan Rayleigh dan hanya sisa-sisa warna merah-orange. Awan memantulkankan sinar oranye/merah yang tak mengalami penghamburan. Sehingga muncul dalam warna yang efeknya jauh seperti bersinar sorotan merah.
Gambar 4. Langit yang terlihat berwarna merah/ oranye 8. Apakah awan pada ketinggian yang berbeda berubah menjadi merah saat matahari terbenam secara bersamaan? Karena bumi adalah bulat, awan pada ketinggian yang berbeda berubah menjadi merah pada waktu yang berbeda ketika matahari melintasi cakrawala. Tepat sebelum matahari terbenam, warna awan rendah (misalnya stratus) akan berubah menjadi merah pertama. Tak lama setelah matahari terbenam, awan tinggi (misalnya cirrus) akan secara bertahap berwarna merah dalam dan menjadi jelas penampakannya dg latar belakang gelap. Seorang pengamat di tanah dapat membedakan awan di ketinggian yang berbeda sesuai dengan waktu relative perubahan warna mereka selama matahari terbenam.
Gambar 5. Perubahan warna awan terhadap ketinggian
[email protected]
9. Apa warna awan di malam hari? Awan di malam hari yang terlihat hanya ketika ada sumber cahaya. Awan tipis umumnya akan tampak putih di bawah cahaya bulan putih. Untuk bagian bawah awan rendah yang padat, sumber cahaya utama adalah cahaya dari bumi/tanah (cahaya yang ada biasanya oranye atau putih) berasal dari jalan dan sumber cahaya lain di kota-kota. Cahaya seperti itu biasanya mencapatai awan dan tersebar dengan dasar awan rendah, membuat awan rendah muncul oranye kekuningan atau putih ketika diamati di daerah perkotaan. Fenomena ini akan lebih jelas jika awan lebih rendah atau lebih padat.
Gambar 6. Langit di malam hari 10. Mana yang lebih gelap - pasir kasar atau pasir halus? Mengapa? Pasir kasar – hal itu karena cahaya lebih mungkin diserap oleh sebutir besar dari butiran kecil. Karenanya pasir kasar tampak lebih gelap dari pasir halus. 11. Mengapa pasir basah terlihat lebih gelap daripada pasir kering? Jumlah cahaya keluar tergantung pada perubahan arah ketika cahaya memukul sebutir pasir. Pasir dalam air akan lebih sulit ditemukan disbanding di dalam udara. Dalam hal ini, perubahan arah cahaya sangat kecil di dalam air. Untuk butiran pasir dalam air, perubahan ke arah cahaya lebih kecil daripada di udara. Hal ini menunjukkan bahwa rata-rata, dibutuhkan jalan lebih lama untuk cahaya di pasir basah untuk keluar (kiri) dibandingkan kering pasir ( kanan). Semakin lama jalan , semakin besar kemungkinan bahwa cahaya akan diserap. Oleh karena itu, pasir basah terlihat lebih gelap dari pasir kering.
Gambar 7. proses keluarnya cahaya dari dalam celah butiran pasir
[email protected]
12. Mengapa warna gelombang pecah (buih) berwarna putih? Untuk menjelaskan fenomena tersebut, mari kita ingat sinar matahari yang putih (matahari memancarkan cahaya tampak dari semua warna, yang bergabung untuk memberikan cahaya putih). Buih/gelembung terdiri dari gelembung, yang merupakan film cair yang sangat tipis dengan udara di dalam. Dibandingkan dengan tetesan air dengan ukuran yang sama, gelembung menyerap banyak cahaya kurang dari tetesan air karena memiliki sedikit materi. Udara dalam gelembung bukan penyerap cahaya yang baik. Oleh karena itu, cahaya yang keluar dari gelembung lebih cerah daripada yang dari air (yang hanya koleksi besar tetesan air), dan tampak putih di bawah matahari.
Gambar 8. Penyerapan cahaya oleh tetes air (kiri) dan buih (kanan) 13. Mengapa langit berwarna biru? Cahaya matahari adalah campuran dari violet, biru, hijau hingga merah. Biru dan violet memiliki panjang gelombang terpendek, panjang gelombang biru sekitar 450 nanometer atau 0,45 seperseribu mm. Molekul udara, sebagian besar nitrogen dan oksigen, yang 1000X lebih kecil lagi. Mereka berinteraksi sangat lemah dengan cahaya tampak, tetapi dengan jumlah besar mereka di atmosfer menghasilkan efek. Molekul udara secara individual menyebarkan sinar matahari ke segala arah. Cahaya biru tersebar atau mengalami penghamburan di atmosfer melalui “Reyleigh Scattering” jauh lebih kuat daripada panjang gelombang yang lebih panjang. Sehingga, udara di atas kita tampak biru dari sinar matahari yang tersebar 14. Apa itu pelangi?? Pelangi terjadi karena peristiwa pembiasan sinar matahari oleh air hujan, oleh karena itu pelangi dapat dilihat setelah hujan turun. Bentuknya yang berupa lengkungan terjadi karena tetes air hujan diudara yang berbentuk bulat atau sfera. Namun biasanya bagian bawah pelangi terlindungi oleh bumi sehinggga pelangi pelangi yang dapat dilihat hanya berupa lengkungan. Pelangi secara utuh dapat dilihat jika sedang berada di pesawat terbang yang mengudara. Butiran-butiran air hujan bertebaran di atmosfer pada saat menjelang hujan atau sesudah hujan. Tetes air hujan berfungsi seperti prisma yang dapat membiaskan cahaya dan menghasilkan deretan warna yang berbeda-beda. Deretan warna yang berbeda-beda dinamakan spektrum. Spektrum cahaya disebabkan oleh dispresi cahaya. Cahaya matahari yang jatuh pada permukan butiran air hujan (terdispersi) menjadi warna-warna sinar yang terlihat sebagai pelangi. Cahaya matahari terurai menjadi spektrum oleh butiran air hujan pada permukaan atas. Spektrum sinar dipantulkan sempurna oleh permukaan dalam butiran air hujan.
[email protected]
Gambar 9. Pelangi timbul akibat adanya refraksi dan refleksi dari sinar matahari Spektrum sinar kemudian dibiaskan ke udara. Peristiwa dispersi, pemantulan, dan pembiasan cahaya terjadi di tiap-tiap butir air hujan yang sangat banyak sehingga pelangi tampak melingkar di langit. Berkas sinar merah membentuk sudut 42 derajat atau 50 derajat terhadap berkas sinar matahari yang jatuh pada butiran air hujan. Berkas sinar ungu membentuk sudut 40 derajat atau 53 derajat. Pengamat yang membelakangi matahari akan melihat atau menerima sinar merah dan ungu sebatas sudut antara 42 derajat, 40 derajat, 50 derajat, dan 53 derajat sesuai dengan lengkungan bumi. REFERENSI http://www.hko.gov.hk/education/edue.htm
[email protected]
