GBR. 83Indra

Mengapa langit biru dan matahari terbenam merah

Udara menghamburkan cahaya biru 440 nm sekitar enam kali lebih kuat daripada merah 680 nm, dan matahari di cakrawala bersinar menembus 35 kali lebih banyak udara daripada matahari di atas kepala.

Mengapa langit biru dan matahari terbenam merah
Memuat model

Perangkat ini tidak dapat menampilkan model 3D. Langkah-langkah panduan di bawah dapat dibaca sebagai teks.

1 / 11 Padang pada sore yang cerahMatahari 30° di atas cakrawala. Setiap petak langit yang Anda lihat adalah cahaya matahari yang dibelokkan molekul udara. Tarik matahari di langit, atau pilih kondisi di bawah, dan gambarnya dihitung ulang. Cincin di tengah diukur dua kali: piksel layar dan warna spektrum hasil hitungan.

Seret untuk memutar. Gulir atau cubit untuk memperbesar.

Diperbarui Sumber diperiksa
Iklan

Tengoklah ke atas pada sore yang cerah

Cahaya matahari berwarna putih, dan udara yang dilewatinya bening. Lalu dari mana datangnya langit biru, dan mengapa matahari yang sama tampak jingga setengah jam sebelum terbenam? Kedua warna itu berasal dari satu efek. Molekul udara membelokkan sedikit cahaya matahari dari jalurnya, dan mereka melakukannya jauh lebih kuat pada panjang gelombang pendek daripada yang panjang.

Model di atas adalah sebuah padang di bawah langit yang dihitung, piksel demi piksel, dari efek itu. Anda bisa menarik matahari ke cakrawala, menebalkan kabut, menaruh lapisan vulkanik di stratosfer, menaikkan mata ke ketinggian jelajah pesawat atau ke orbit, dan mengganti planetnya dengan Mars, Bulan, Uranus, atau Neptunus. Panel di kiri memberi angka di balik setiap gambar, dan bilah di bawah menyiapkan 23 kondisi nyata dengan sekali ketuk.

Mengapa udara menghamburkan biru lebih banyak daripada merah

Satu molekul nitrogen atau oksigen kira-kira seribu kali lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya tampak. Saat gelombang cahaya lewat, ia mendorong elektron molekul maju mundur, dan elektron yang bergetar itu memancarkan cahayanya sendiri ke hampir semua arah. Inilah hamburan Rayleigh, dan kekuatannya berbanding terbalik dengan pangkat empat panjang gelombang.

Pangkat empat inilah yang membuatnya begitu timpang. Cahaya biru 440 nm memiliki panjang gelombang 0,65 kali cahaya merah 680 nm, dan 0,65⁴ kira-kira 0,18, sehingga biru dihamburkan sekitar 5,7 kali lebih banyak. Dengan indeks bias udara hasil pengukuran, yang sedikit lebih tinggi untuk biru, model mendapat 5,9. Di seluruh rentang tampak, dari 400 sampai 700 nm, rasionya hampir 10.

Dalam angka, satu kolom tegak udara bersih menghamburkan sekitar 19% cahaya 450 nm yang masuk, dan kurang dari 5% cahaya 650 nm. Biru yang hilang itu tidak lenyap. Ia tersebar ke seluruh kubah langit, dan itulah cahaya yang Anda lihat ketika memandang menjauhi matahari.

Nyalakan Kepekaan mata dan grafik di panel menampilkan dua kurva bersama: spektrum cahaya yang sampai ke pusat pandangan Anda (naik ke arah ujung ungu) dan kepekaan mata itu sendiri (punuk yang berpusat di hijau).

Mengapa langit biru, bukan ungu

Kalau panjang gelombang pendek paling banyak dihamburkan, mestinya langit berwarna ungu. Spektrum yang dihitung model untuk langit di atas kepala memang memuncak di ujung ungu rentang tampak, dekat 380 nm. Ada tiga hal yang membuat kita tidak melihat ungu.

Pertama, cahaya matahari sejak awal mengandung lebih sedikit ungu daripada biru, dan sebagian ultraungu dan ungu sudah diserap di ketinggian. Kedua, mata sangat lemah terhadap ungu: kepekaannya pada 400 nm sekitar 0,1% dari puncaknya pada 555 nm, dibandingkan 3% pada 450 nm. Bila ditimbang dengan kepekaan mata, spektrum langit memuncak dekat 540 nm. Ketiga, warna sama sekali tidak dibaca dari puncaknya. Tiga jenis sel kerucut masing-masing menanggapi pita yang lebar, dan campuran yang dihasilkan cahaya langit paling dekat dengan biru muda. Model mengubah spektrum hasil hitungan menjadi warna dengan cara yang sama, dan panjang gelombang dominannya keluar di 478 nm, biru langit.

Jadi warna langit adalah campuran dengan kelebihan biru yang kuat, bukan satu panjang gelombang. Itu juga sebabnya langit tidak pernah sejenuh laser atau pelangi.

Matahari rendah bersinar menembus jauh lebih banyak udara

Separuh cerita lainnya adalah geometri. Saat matahari di atas kepala, cahayanya melintasi satu ketebalan atmosfer, yang bisa Anda bayangkan sebagai lapisan udara setebal 8 km dengan kerapatan permukaan laut. Saat matahari lebih rendah, jalur miringnya lebih panjang. Perbandingan keduanya disebut massa udara.

Tinggi matahari Massa udara (model) Jalur di udara
90° 1,00 100 km
30° 1,99 196 km
10° 5,55 477 km
5° 10,1 706 km
3° 14,7 847 km
0° 35,4 1.132 km

Aturan "1 dibagi sinus tinggi" bekerja baik sampai sekitar 10°, lalu meleset jauh karena Bumi bulat: di cakrawala hasilnya tak hingga. Model mengikuti lapisan yang melengkung dan mendapat 35 di cakrawala. Rumus Kasten dan Young yang banyak dipakai, yang dicocokkan dengan pembiasan sebenarnya, memberi 38.

Dari mana datangnya merah dan jingga

Setiap massa udara menghamburkan bagian yang sama dari setiap warna, sehingga kehilangannya berlipat. Dengan udara bersih dan sedikit kabut, inilah sisa cahaya matahari langsung pada dua panjang gelombang:

Tinggi matahari 450 nm (biru) 650 nm (merah)
90° 71% 86%
30° 51% 73%
10° 15% 42%
5° 2,8% 20%
2° 0,1% 4%

Pada 5°, cahaya merah tujuh kali lebih kuat daripada biru, dibandingkan dengan yang keluar dari matahari. Piringan matahari menjadi jingga, lalu merah, dan jauh lebih redup, itulah sebabnya kadang Anda bisa menatap matahari terbenam yang akan menyakitkan mata di siang hari. Tekan Putar dan matahari turun sekitar 2° per detik, sementara garis putih di grafik melorot di ujung biru.

Awan dan langit dekat matahari mengambil warna yang sama karena diterangi cahaya kemerahan yang sama. Awan tinggi tetap diterangi lebih lama setelah matahari terbenam, sebab itu awan masih bercahaya ketika tanah sudah dalam bayangan.

Setelah matahari terbenam: bayangan, sabuk, dan jam biru

Setelah matahari terbenam, berbaliklah dan lihat cakrawala di seberang. Di sepanjangnya terbentang pita kelabu kebiruan: bayangan Bumi sendiri, jatuh di udara. Di atasnya ada pita merah muda, sabuk Venus, tempat udara cukup tinggi untuk masih menangkap cahaya merah dari matahari yang bagi Anda sudah terbenam. Saat matahari turun lebih jauh, bayangan naik dan sabuknya memudar.

Anda mungkin mengira langit akan menjadi kelabu saat senja makin gelap, karena cahaya matahari yang menerangi udara tinggi sudah melintasi begitu banyak atmosfer bawah hingga sangat merah. Ternyata langit justru menjadi biru tua. Penyebabnya ozon. Pita Chappuis ozon menyerap cahaya jingga dan kuning di sekitar 600 nm, lemah dari arah atas kepala (model memberi kedalaman optik 0,04), tetapi kuat di sepanjang jalur yang sangat panjang dan hampir mendatar yang ditempuh cahaya senja melalui lapisan ozon. Pilih Jam biru untuk melihat matahari 6° di bawah cakrawala.

Apa yang diubah kabut, debu, dan asap

Partikel yang jauh lebih besar daripada molekul berperilaku lain. Tetesan, debu, dan asap berukuran sepersepuluh mikrometer sampai beberapa mikrometer, mendekati panjang gelombang cahaya atau lebih besar. Mereka menghamburkan semua warna lebih merata, dan mengirim sebagian besar cahayanya ke depan, dalam beberapa derajat di sekitar matahari. Hamburan ke depan inilah silau putih di sekeliling matahari pada hari berkabut.

Model menggambarkan kabut dengan dua angka. Kabut dan debu halus adalah kedalaman optik aerosol pada 550 nm, besaran yang diukur fotometer matahari jaringan AERONET. Udara bersih pedesaan di bawah 0,1; hari berpolusi di kota besar bisa melewati 1. Ukuran partikel adalah eksponen Ångström: sekitar 2 untuk asap halus, yang masih sedikit condong ke biru, dan mendekati 0 untuk debu gurun yang kasar, yang menghamburkan semua warna sama rata.

Kabut yang lebih tebal punya dua efek yang terlihat. Bukit di kejauhan memudar menjadi kelabu kebiruan, karena udara di antara Anda dan bukit itu menambahkan cahayanya sendiri: pelukis menyebutnya perspektif udara. Dan matahari terbenam menjadi lebih suram, bukan lebih merah, karena dengan kedalaman optik 0,8 dan matahari di 5°, hampir tidak ada cahaya warna apa pun yang sampai. Matahari terbenam paling merah datang dari udara bersih dengan kabut tipis, bukan dari polusi berat.

Asap adalah pengecualian yang membuktikan aturan. Pada September 2020 asap kebakaran hutan di pantai barat Amerika Serikat begitu pekat sehingga kedalaman optiknya melewati 5 di beberapa tempat, cukup untuk menggelapkan langit siang. Pilih Asap kebakaran hutan untuk mengatur kedalaman optik 3 dengan partikel kecil.

Gunung api di ketinggian

Letusan besar bisa mengangkat sulfur dioksida melewati lapisan cuaca hingga ke stratosfer, tempat ia berubah menjadi tetesan kecil asam sulfat. Tetesan itu menyebar mengelilingi planet dan bertahan setahun atau lebih. Gunung Pinatubo di Filipina melakukannya pada Juni 1991, dan kabutnya mendinginkan planet sekitar 0,5 °C hingga 1993.

Lapisan itu berada di sekitar 20 km, sehingga masih terkena sinar matahari beberapa saat setelah tanah menjadi gelap. Nyalakan Lapisan kabut vulkanik dan atur matahari 3° di bawah cakrawala: cahaya merah muda dan ungu muncul tinggi di atas cahaya senja. Setelah letusan Krakatau pada 1883, warna senja begitu kuat sehingga pemadam kebakaran dipanggil di New York, Poughkeepsie, dan New Haven untuk memadamkan kebakaran yang tidak ada.

Naik lebih tinggi

Udara makin tipis seiring ketinggian. Dalam atmosfer model, kerapatannya berkurang setengah kira-kira setiap 5,5 km. Tinggi mata membawa Anda naik, dan langit di atas kepala menggelap karena udara di atas Anda yang menghamburkan cahaya makin sedikit.

Di gunung setinggi 4.000 m, sekitar 40% udara ada di bawah Anda dan zenit berwarna biru tua yang dalam. Di 10.700 m, ketinggian jelajah biasa pesawat penumpang, tiga perempat udara ada di bawah, dan dari jendela langit di atas tampak biru dongker sementara cakrawala masih pucat. Concorde terbang hingga 18.300 m, tempat para penumpangnya bisa melihat langit menggelap di atas pita terang. Di 39 km, ketinggian lompatan Felix Baumgartner pada 2012, udara di atas Anda kurang dari 1% dan langit hitam bahkan di tengah hari.

Dari Stasiun Antariksa Internasional, sekitar 400 km di atas, atmosfer tampak sebagai garis tipis bercahaya di sepanjang tepi planet yang melengkung. Birunya masih ada, tetapi kini Anda melihatnya dari samping.

Iklan

Langit lain

Mars punya atmosfer karbon dioksida dengan tekanan permukaan 6,36 milibar, kurang dari 1% tekanan kita, sehingga gasnya hanya sedikit menghamburkan cahaya. Yang mewarnai langitnya adalah debu halus yang selalu melayang di udara. Debu itu menyerap cahaya biru (ia mengandung oksida besi) dan menghamburkan merah ke sudut yang lebar, sehingga langit siang berwarna cokelat kekuningan yang sering disebut warna karamel. Dalam model, pada 45° dari matahari langit 27% lebih lemah di biru daripada di merah.

Saat matahari terbenam gambarnya terbalik. Butiran debu yang sedikit lebih besar daripada panjang gelombang cahaya melempar cahaya biru ke depan dalam kerucut yang lebih sempit daripada merah, sehingga dekat matahari cahaya yang terhambur lebih biru. Model memberi cahaya biru di sekeliling matahari terbenam dengan biru 44% lebih banyak daripada merah, cocok dengan foto yang diambil penjelajah Curiosity di kawah Gale pada April 2015. Dalam badai debu global 2018, kedalaman optik di lokasi Opportunity melewati 10. Penjelajah Opportunity yang bertenaga surya kehilangan daya dan tidak pernah bangun lagi.

Bulan tidak punya udara, sehingga tidak ada yang dihamburkan dan langitnya hitam meski matahari tinggi. Tanahnya hanya diterangi matahari.

Uranus dan Neptunus tidak punya permukaan padat, jadi di model Anda melayang di atas lapisan awan metana. Hidrogen dan helium menghamburkan biru seperti udara kita, dan metana menyerap cahaya merah dengan kuat, sehingga cahaya yang kembali berwarna biru kehijauan. Sebuah studi Oxford tahun 2024, yang menyeimbangkan ulang warna citra Voyager 2 dan Hubble, menemukan kedua planet memiliki warna biru kehijauan pucat yang mirip. Neptunus sedikit lebih biru karena lapisan kabutnya lebih tipis. Neptunus biru tua di gambar-gambar lama berasal dari citra yang kontrasnya diperkuat.

Dua puluh tiga kondisi untuk dicoba

Bilah di bawah model menyiapkan setiap kasus dan mengarahkan pandangan ke bagian langit yang menarik.

  1. Siang cerah: matahari 65° di atas, biru tua di atas kepala.
  2. Sore: 30° di atas, cakrawala memudar ke putih.
  3. Jam emas: 6° di atas, cahaya hangat di padang.
  4. Matahari terbenam: setengah derajat di atas, piringan merah dan redup.
  5. Bayangan Bumi: 2,5° di bawah, memandang ke timur.
  6. Jam biru: 6° di bawah, ozon menjaga senja tetap biru.
  7. Setelah hujan: kedalaman optik 0,01, bukit jauh tajam.
  8. Hari berkabut: kedalaman optik 0,8, bukit memudar.
  9. Debu kuning: kedalaman optik 1,5 dari butiran kasar gurun.
  10. Asap kebakaran hutan: kedalaman optik 3, hari yang jingga.
  11. Setelah Pinatubo: lapisan sulfat dengan kedalaman optik 0,15.
  12. Setelah Krakatau: lapisan lebih tebal, 0,35.
  13. Puncak gunung: mata di 4.000 m.
  14. Jendela pesawat: mata di 10.700 m.
  15. Concorde: mata di 18.300 m.
  16. Lompatan stratosfer: mata di 39 km.
  17. Stasiun antariksa: mata di 400 km.
  18. Mars siang hari: kedalaman optik debu 0,6.
  19. Senja di Mars: cahaya biru itu.
  20. Badai debu Mars: kedalaman optik 5.
  21. Bulan: langit hitam.
  22. Uranus: kabut tebal, biru kehijauan pucat.
  23. Neptunus: kabut lebih tipis, sedikit lebih biru.

Memeriksa warna di layar

Cincin di tengah pandangan diukur dua kali. Piksel layar membaca warna yang benar-benar digambar di titik itu, setelah eksposur dan pengolahan warna layar. Dari spektrum mengambil spektrum hasil hitungan model di titik yang sama, mengubahnya ke koordinat warna CIE dengan pengamat standar, lalu ke sRGB, dan menskalakannya agar kanal paling terang penuh. Jadi contoh spektrum selalu menunjukkan rona pada kecerahan penuh, sedangkan piksel layar juga membawa eksposur seluruh gambar dan biasanya lebih gelap dan lebih kelabu. Bandingkan imbangan merah, hijau, dan biru pada keduanya. Kalau imbangannya jauh berbeda, jalan pintas yang dipakai untuk menggambar (tiga panjang gelombang untuk merah, hijau, dan biru) sudah menyimpang dari spektrum lengkap.

Yang tidak dimasukkan model

  • Cahaya dihamburkan sekali. Cahaya langit sebenarnya sebagian dihamburkan dua kali atau lebih, yang membuat cakrawala dan langit senja lebih terang. Model menambahkan perkiraan kasar untuk itu.
  • Penggambaran memakai tiga panjang gelombang, 680, 550, dan 440 nm; grafik dan pemeriksaan warna memakai 35, setiap 10 nm dari 380 sampai 720 nm.
  • Kabut punya satu ukuran partikel di setiap kondisi dan berada dalam satu lapisan yang menipis dengan ketinggian. Kabut sungguhan datang berlapis-lapis dengan ukuran campuran.
  • Tidak ada awan di Bumi, tidak ada pelangi, dan tidak ada polarisasi, padahal cahaya langit 90° dari matahari sangat terpolarisasi.
  • Pembiasan diabaikan, jadi matahari tidak terangkat atau memipih di dekat cakrawala.
  • Serapan metana di Uranus dan Neptunus adalah kurva halus hasil pencocokan, bukan struktur pita yang sebenarnya.

Sejarah singkat

Pada akhir 1860-an John Tyndall menyorotkan berkas cahaya kuat melalui tabung berisi partikel halus dan melihat cahaya biru terhambur ke samping, yang kini disebut efek Tyndall. Lord Rayleigh menerbitkan teorinya pada 1871, menunjukkan bahwa partikel yang jauh lebih kecil daripada panjang gelombang menghamburkan sebanding dengan 1/λ⁴, dan pada 1899 ia menunjukkan bahwa molekul udara saja sudah cukup untuk membuat langit biru, tanpa perlu debu. Rayleigh memenangi Hadiah Nobel Fisika 1904 atas karyanya tentang kerapatan gas dan penemuan argon. Kemudian Smoluchowski dan Einstein menghubungkan hamburan gas dengan fluktuasi kecil kerapatannya, yang menutup celah terakhir teori itu.

Jenis model yang dipakai di sini, yang melangkah di sepanjang setiap sinar pandang menembus atmosfer berbentuk bola, berasal dari grafika komputer: Nishita dan rekan-rekannya pada 1993, dan metode prakomputasi Bruneton dan Neyret pada 2008.

Contoh hitungan: aritmetika 1/λ⁴

Ambil cahaya biru 450 nm dan cahaya merah 700 nm. Hamburan Rayleigh berbanding dengan 1/λ⁴, jadi perbandingan kekuatan keduanya adalah (700 ÷ 450)⁴. Perbandingan panjang gelombangnya 1,556; dikuadratkan menjadi 2,42, dikuadratkan lagi menjadi 5,86. Biru dihamburkan sekitar 5,9 kali lebih kuat daripada merah, dekat dengan 5,7 sampai 5,9 yang diperoleh model untuk pasangan 440 dan 680 nm yang dipakainya menggambar. Pasangan 380 nm dan 700 nm memberi (700 ÷ 380)⁴, sekitar 11,5.

Sekarang ubah perbandingan itu menjadi cahaya yang sampai ke tanah. Menurut model, kolom udara bersih vertikal menghamburkan sekitar 19% cahaya 450 nm, jadi 81% lolos. Kehilangan ditulis dengan kedalaman optik τ, dan bagian yang bertahan adalah e⁻τ, sehingga 0,81 berarti τ = 0,21. Dengan skala 5,86 yang sama, merah punya τ = 0,21 ÷ 5,86 = 0,036, dan 96% cahaya 700 nm bertahan.

Beginilah matahari terbenam. Di cakrawala massa udaranya sekitar 38 (Kasten dan Young), jadi kedalaman optik dikalikan 38. Biru: 0,21 × 38 = 8,0, dan e⁻⁸·⁰ adalah 0,0003. Merah: 0,036 × 38 = 1,4, dan e⁻¹·⁴ adalah 0,25. Matahari kehilangan hampir semua birunya tetapi menyisakan seperempat merahnya, perbandingan sekitar 760 banding 1. Ini pemeriksaan sederhana yang hanya memakai molekul udara dan menganggap 1/λ⁴ hukum yang tepat. Nilai model juga memuat ozon dan kabut, jadi sedikit berbeda, tetapi ceritanya sama.

Molekul udara, tetesan, dan kabut: mengapa ukuran penting

Apakah cahaya dihamburkan menurut 1/λ⁴ bergantung pada ukuran partikel dibandingkan panjang gelombang. Molekul nitrogen lebarnya kurang dari 1 nm, sekitar seribu kali lebih kecil daripada cahaya, sehingga elektronnya bergerak bersama dan hukum Rayleigh berlaku. Partikel kabut 0,1 sampai 1 µm mendekati panjang gelombang dan dijelaskan dengan teori Mie. Ketergantungan pada warna melemah dan sebagian besar cahaya bergerak ke depan. Tetesan awan sekitar 10 µm kira-kira dua puluh kali lebih besar daripada panjang gelombang dan menghamburkan semua warna tampak hampir sama, sehingga awan yang disinari matahari tampak putih.

Gagasan yang sama menjelaskan langit keputihan. Di kota berasap atau pada musim panas yang lembap, partikel menambahkan cahaya hamburnya yang hampir tak berwarna pada biru dari molekul, dan langit memucat, terutama dekat cakrawala tempat garis pandang melewati paling banyak udara. Atur Kabut dan debu halus ke 0,8 dan biru tua berubah menjadi susu. Jika lalu Ukuran partikel dikecilkan, langit masih menyisakan sedikit biru; jika didekatkan ke 0 seperti debu gurun, langit menjadi abu-abu keputihan.

Setelah hujan kebalikannya. Dengan sedikit partikel, langit lebih gelap dan biru, dan bukit jauh terlihat tajam. Itulah yang ditunjukkan kondisi Setelah hujan.

Cahaya langit terpolarisasi

Cahaya yang dihamburkan molekul keluar ke segala arah dan juga terpolarisasi. Pada kasus ideal satu kali hamburan, cahaya yang dibelokkan tepat 90° terpolarisasi penuh, dengan medan listrik bergetar tegak lurus bidang yang memuat matahari, molekul, dan mata Anda. Ke arah matahari atau tepat berlawanan, cahaya tidak terpolarisasi. Karena itu langit biru cerah pada 90° dari matahari adalah bagian yang paling terpolarisasi.

Cahaya langit sesungguhnya tidak pernah mencapai kondisi ideal. Ia dihamburkan lebih dari sekali, memantul dari tanah, dan bercampur dengan kabut, yang semuanya menurunkan polarisasi. Namun tetap bisa dilihat. Pakai kacamata hitam terpolarisasi, lihat bagian langit cerah pada 90° dari matahari, lalu miringkan kepala: langit menjadi terang dan gelap bergantian. Tyndall mencatat polarisasi cahaya langit pada 1869 dan Rayleigh menyusun teorinya pada 1871, dalam makalah yang sama yang memuat hukum 1/λ⁴. Model menghilangkan polarisasi dan hanya menggambar kecerahan total, jadi yang tampak di layar adalah jumlah kedua arah.

Kesalahpahaman umum

«Langit biru karena memantulkan laut.» Sebagian justru sebaliknya. Langit biru di atas gurun, gunung, dan danau yang sama sekali tidak biru. Laut biru karena air menyerap cahaya merah sehingga menyaring sinar matahari dan menyisakan biru, seperti dijelaskan NOAA. Laut juga bisa meniru warna langit di permukaannya, tetapi kedua warna itu punya sebab berbeda.

«Debu atau uap air membuat langit biru.» Percobaan Tyndall memakai partikel halus dan lama diduga debu diperlukan. Rayleigh menunjukkan pada 1899 bahwa molekul udara saja sudah cukup. Udara bersih lebih biru.

«Langit sebenarnya ungu, hanya mata kita tidak melihatnya.» Separuh benar. Mata lemah pada ungu, dan sinar matahari di puncak atmosfer juga lemah di ungu, tetapi sel kerucut menanggapi campuran yang lebar, dan campuran itu tampak biru pucat. Angkanya ada di bagian tentang ungu.

«Ozon membuat langit biru.» Pada siang hari pengaruh ozon lemah. Serapannya penting untuk biru senja yang dalam, ketika cahaya menempuh lintasan sangat panjang.

«Matahari terbenam yang merah berasal dari polusi.» Polusi dapat membuatnya lebih jingga, tetapi pada udara bersih matahari sudah merah karena lintasan panjang. Asap yang sangat pekat justru menghasilkan matahari yang gelap.

«Cahaya biru lebih dibelokkan, makanya matahari rendah tampak merah.» Pembiasan membelokkan cahaya biru sedikit lebih besar, tetapi di sini tidak berperan nyata. Yang menghilangkan biru adalah hamburan, bukan pembelokan.

Coba di layar

  1. Pilih Siang cerah, Jam emas, lalu Matahari terbenam, dan lihat baris Massa udara dan Sisa cahaya 680/440 nm. Massa udara naik tajam, dan bagian biru dari sinar langsung turun jauh lebih cepat daripada merah.
  2. Pilih Hari berkabut, lalu turunkan matahari dengan tangan. Dengan kabut lebih banyak, matahari kurang memerah dan matahari terbenam lebih gelap, seperti di bagian tentang kabut.
  3. Pilih Setelah hujan lalu Debu kuning. Bandingkan langit dekat cakrawala dan bukit yang jauh.
  4. Pilih Mars siang hari dan Senja di Mars. Langit siang berwarna butterscotch, dan cahaya biru di sekitar matahari terbenam hanya muncul saat senja.
  5. Naikkan Tinggi mata dari tanah ke Jendela pesawat dan Lompatan stratosfer, dan baca bagaimana langit di atas kepala berubah dari biru ke biru tua lalu hitam.
  6. Aktifkan Kepekaan mata dan bandingkan kurva langit dengan kurva mata.

Pertanyaan

Mengapa langit biru?

Molekul udara menghamburkan cahaya matahari sebanding dengan 1/λ⁴, sehingga cahaya biru dihamburkan sekitar enam kali lebih banyak daripada merah. Cahaya yang terhambur sampai kepada Anda dari segala arah langit, dan membawa jauh lebih banyak biru daripada merah.

Mengapa matahari terbenam berwarna merah?

Matahari rendah bersinar menembus udara berkali-kali lipat lebih banyak daripada matahari tinggi: sekitar 15 kali pada 3° dan 35 kali di cakrawala. Sebagian besar biru dan hijau terhambur di perjalanan, dan yang tersisa adalah jingga dan merah.

Mengapa langit tidak ungu?

Spektrum langit memang memuncak di ungu, tetapi cahaya matahari sejak awal sedikit mengandung ungu, dan mata sangat tidak peka terhadapnya. Campuran yang diterima mata tampak biru muda, dengan panjang gelombang dominan dekat 478 nm.

Mengapa awan putih?

Tetes awan jauh lebih besar daripada panjang gelombang cahaya, sehingga menghamburkan semua warna hampir sama rata. Awan tebal tampak kelabu dari bawah karena hanya sedikit cahaya yang menembusnya.

Apakah polusi membuat matahari terbenam lebih indah?

Biasanya tidak. Kabut tebal meredupkan matahari terbenam dan membuatnya kelabu atau jingga kusam. Warna paling cerah datang dari udara bersih dengan lapisan tipis partikel halus di ketinggian, seperti kabut vulkanik setelah letusan besar.

Mengapa zenit lebih gelap di gunung?

Udara di atas Anda lebih sedikit. Di 4.000 m sekitar 40% udara ada di bawah, sehingga yang menghamburkan cahaya lebih sedikit dan langit di atas kepala berwarna biru yang lebih dalam dan gelap.

Apa warna langit di Mars?

Cokelat kekuningan di siang hari, karena debu menyerap biru dan menghamburkan merah ke sudut yang lebar. Di sekitar matahari terbenam warnanya menjadi kelabu kebiruan, karena debu mengirim cahaya biru ke depan lebih kuat.

Mengapa langit hitam di Bulan?

Bulan tidak punya atmosfer, jadi tidak ada yang menghamburkan cahaya matahari ke arah Anda dari arah lain. Anda hanya melihat matahari dan apa yang diteranginya.

Apakah Neptunus benar-benar biru tua?

Tidak. Citra yang diseimbangkan ulang dan diterbitkan pada 2024 menunjukkan bahwa Neptunus dan Uranus sama-sama biru kehijauan pucat, Neptunus sedikit lebih biru karena kabutnya lebih tipis. Gambar-gambar biru tua yang terkenal kontrasnya diperkuat.

Apa itu jam biru?

Waktu ketika matahari beberapa derajat di bawah cakrawala dan langit berubah menjadi biru tua. Ozon di sepanjang jalur senja yang panjang menyerap cahaya jingga dan kuning, sehingga langit tidak menjadi kelabu.

Apakah cahaya langit terpolarisasi?

Ya. Cahaya yang dibelokkan 90° dari matahari paling terpolarisasi, sehingga filter polarisasi atau kacamata terpolarisasi yang dimiringkan menggelapkan langit cerah ke arah itu. Hamburan berganda, pantulan tanah, dan kabut membuatnya tidak mencapai ideal polarisasi penuh.

Apakah langit biru karena memantulkan laut?

Tidak. Langit juga biru di atas gurun dan gunung. Laut biru terutama karena air menyerap cahaya merah, yaitu efek yang berbeda.

Istilah

  • Hamburan Rayleigh: hamburan oleh partikel yang jauh lebih kecil daripada panjang gelombang, dengan kekuatan sebanding dengan 1/λ⁴.
  • Hamburan Mie: hamburan oleh partikel seukuran panjang gelombang atau lebih besar. Hamburan ini kurang bergantung pada warna dan sebagian besar mengarah ke depan.
  • Massa udara: banyaknya udara di sepanjang jalur miring, sebagai kelipatan banyaknya udara pada arah tegak.
  • Kedalaman optik (τ): seberapa besar suatu lapisan meredupkan cahaya. Bagian e⁻τ dari cahaya langsung yang lolos.
  • Kedalaman optik aerosol (AOD): kedalaman optik dari partikel saja, biasanya dinyatakan pada 550 nm.
  • Eksponen Ångström: seberapa cepat kedalaman optik kabut turun terhadap panjang gelombang. Besar untuk partikel kecil, mendekati 0 untuk debu kasar.
  • Pita Chappuis: serapan ozon di cahaya tampak, berpusat dekat 600 nm.
  • Sabuk Venus: pita merah muda di atas bayangan Bumi setelah matahari terbenam atau sebelum terbit.
  • Panjang gelombang dominan: satu panjang gelombang yang warnanya, bila dicampur dengan putih, menyamai suatu warna tertentu.

Sumber

Semua alamat diperiksa pada 2026-10-17.

Iklan

Sematkan pameran ini

Tempelkan kode ini ke halaman web atau tulisan blog untuk menampilkan model yang dapat dijalankan di sana.

Buka