Fenomena Langit Merah di Muaro Jambi dan Konsep Hamburan Rayleigh

Langit merah di Bandara Sultan Thaha di Jambi sore ini. Foto: Dok. Olivi

Di tengah bencana kebakaran hutan dan lahan (karhutla) pada Jumat (20/9) dan Sabtu (21/9) pekan lalu, langit di Kabupaten Muaro Jambi terlihat memerah. Hari itu, suasana berubah menjadi gelap dan pekat. Padahal, waktu masih menunjukkan pukul satu siang.

Bahkan, netizen menyebut fenomena langit merah itu mirip dengan fim Star Wars. Ada juga yang menyandingkannya mirip dengan langit Planet Mars di luar angkasa.

Sebetulnya, perubahan warna langit yang terjadi di Muaro Jambi ini dapat kita kaitkan dengan warna kemerahan saat senja atau menjelang malam.

Fenomena alam dari perubahan warna langit ini bisa dijadikan sebagai tolok ukur polusi udara. Kejadian sunset atau terbenamnya matahari misalnya, yang sering kali membuat kita terpesona dan diabadikan oleh kalangan orang karena keindahan gradasi cahaya yang dimilikinya. Fenomena ini sebetulnya menakutkan, karena berkaitan dengan polutan.

Adapun peristiwa lain mengenai perubahan langit, yaitu saat terjadi gerhana bulan. Warna pada saat terjadinya gerhana bulan dapat menjadi indikator kualitas udara pada suatu daerah. Apabila didapati warna merah yang justru sangat pekat saat terjadi gerhana bulan, menandakan wilayah tersebut memiliki tingkat polusi yang tinggi.

Sedangkan, apabila gerhana bulan berwarna kekuningan, menandakan tingkat polusi pada suatu wilayah tersebut relatif rendah. Jadi, semakin indah warna gerhana, justru semakin kotor kualitas udara yang dimiliki di wilayah tersebut. Hal ini serupa dengan perubahan warna langit saat senja, warna kekuningan pada bulan juga menunjukkan tingkat polutan di daerah tersebut relatif rendah.

Kejadian merahnya langit bisa terjadi juga ketika adanya peristiwa meletusnya gunung api. Warna merah yang terjadi ini ditimbulkan karena partikel debu dan tingginya polutan, sehingga menutup langit, kemudian memunculkan warna kemerahan dari cahaya matahari.

Kejadian serupa terjadi di Langit Muaro Jambi. Langit merah kekuningan seperti tayangan di TV ini disebabkan karena tebalnya asap, sehingga cahaya matahari tidak bisa seluruhnya menembus asap. Jadi, fenomena langit berwarna merah bukan disebabkan tingginya suhu atau pengaruh api. Fenomena ini disebut dengan fenomena Hamburan Rayleigh.

Apa sih, Hamburan Rayleigh itu?

Hamburan Rayleigh merupakan hamburan elastis pada cahaya oleh partikel-partikel mikro/nano di udara yang ukurannya lebih kecil dari panjang gelombang cahaya tampak. Fenomena Rayleigh ini merupakan fenomena yang kita jumpai di kehidupan sehari-hari, lho!

Tahu kenapa langit kita warnanya biru? Yap, fenomena Rayleigh pulalah yang menyebabkan langit berwarna biru pada siang hari dan memerah kala senja atau fajar.

Pernahkah kamu berpikir bagaimana pelangi itu terbentuk?

Pelangi terbentuk ketika hujan membagi sinar matahari menjadi warna yang berbeda-beda. Sinar matahari atau cahaya putih terdiri dari banyak warna. Namun, hanya beberapa dari mereka yang terlihat oleh kita.

Pita warna yang terlihat ini disebut dengan visible spectrum. Ketika kita melihat pelangi, otak dan mata kita membedakan spectrum yang terlihat menjadi tujuh warna utama, yaitu merah, oranye, kuning, hijau, biru, nilai, ungu.

Jadi di sini cahaya dipecah oleh prisma menjadi pelangi. Warna merah memiliki panjang gelombang terpanjang diikuti oleh oranye, kuning, hijau, biru, dan ungu merupakan warna yang memiliki panjang gelombang terpendek.

Gambar 1. Penghamburan cahaya matahari menjadi warna pelangi.

Apakah kamu melihat bahwa ukuran bola meningkat? Bola-bola tersebut mewakili warna pelangi yang berbeda dan meningkat seiring dengan panjang gelombang mereka.

Gambar 2. Semakin meningkat ukuran bola, maka semakin tinggi pula panjang gelombang yang dimiliki.

Panjang Gelombang itu apa, sih?

Panjang gelombang adalah jarak antara puncak dan palung dalam gelombang.

Gambar 3. Pengertian panjang gelombang.

Dalam pelangi, saat kita bergerak dari ungu ke merah, panjang gelombang warna meningkat. Violet memiliki panjang gelombang terpendek sedangkan merah memiliki panjang gelombang terpanjang.

Gambar 4. Merah memiliki panjang gelobang terbesar, dan ungu menjadi kebalikannya.

Kita tahu bahwa atmosfer kita, terutama terdiri dari partikel oksigen dan nitrogen, bersamaan dengan debu, asap, dan partikel lain dalam proporsi yang relatif lebih kecil. Ukuran-ukuran partikel di atmosfer ini yang nantinya akan menentukan warna cahaya yang tersebar.

Gambar 5. Partikel-partikel penentu warna cahaya yang tersebar.

Ketika foton tersebar di atmosfer dan menemukan partikel dengan ukuran yang benar-benar kecil, yaitu kurang dari 1/10 dari panjang gelombang foton (10^(-4) μm). Maka akan terjadi hamburan Rayleigh.

Hamburan Rayleigh ini mengacu pada partikel yang katakanlah 50 nm, karena panjang gelombang cahaya tampak di suatu tempat yaitu 400 nm < Panjang Gelombang ≤ 700 nm. Jadi, kita berbicara tentang partikel yang sangat kecil seperti molekul udara.

Gambar 6. Ilustrasi Rayleigh Scattering

Cahaya Violet dan biru ini dihamburkan terus-menerus, sehingga mata kita menangkap warna biru di langit yang cerah. Jadi, mata kita akan melihat warna langit yang cerah berwarna biru.

Lalu bagaimana dengan partikel yang lebih besar dari itu?

Jika, partikel bertambah besar dan inilah yang disebut dengan Mie Scattering.

Hamburan dari molekul dan partikel yang sangat kecil (<1/10 panjang gelombang) sebagian besar adalah Hamburan Rayleigh. Untuk ukuran partikel lebih besar dari panjang gelombang, Hamburan Mie Scattering.

Gambar 8. Ilustasi Mie Scattering

Mie Scattering adalah hamburan cahaya oleh partikel yang lebih besar, seperti debu atau kabut di atmosfer bumi. Hamburan ini menghasilkan pola seperti lobus antena, dengan lobus depan yang lebih tajam dan lebih intens untuk partikel yang lebih besar. Bandingkan dengan hamburan Rayleigh:

Gambar 9. Perbandingan Rayleigh Scattering dan Mie Scattering. Foto: hyperphysics

Langit merah kekuningan seperti tayangan di televisi ini disebabkan karena tebalnya asap. Sehingga, cahaya matahari tidak bisa seluruhnya menembus asap. Hal ini diakibatkan oleh panjang gelombang (kuning dan merah) yang bisa menembusnya, lalu dihamburkan oleh partikel-partikel asap. Jadilah langit berwarna merah kekuningan.

Panjang gelombang sinar merah pada ukuran 0,7 mikro atau lebih dengan konsentrasi sangat tinggi. Selain itu, didukung oleh sebaran partikel polutan yang luas membuat langit berwarna merah.

Konsentrasi debu partikulat polutan berukuran kurang dari 10 mikro ini sangat tinggi dan terjadi di sekitar Jambi, Palembang, dan Pekanbaru. Tetapi, langit yang berubah menjadi warna merah di Muaro Jambi ini, menandakan debu polutan di daerah tersebut didominasi oleh ukuran sekitar 0,7 mikro atau lebih dengan konsentrasi sangat tinggi. Selain konsentrasi tinggi, sebaran partikel polutan ini juga luas dan dapat membuat langit menjadi berwarna merah.

Referensi:

Darling, David. Mie scattering: https://www.daviddarling.info/encyclopedia/M/Mie_scattering.html

Nave, R. Mie Scattering: http://hyperphysics.phy astr.gsu.edu/hbase/atmos/blusky.html#c3