Bagaimana proses terjadinya pelangi? Pelangi adalah salah satu pemandangan yang paling indah yang ditawarkan alam – saking indahnya, pelangi telah menginspirasi banyak dongeng, lagu, dan legenda. Mungkin saja sebagian besar seniman di balik dongeng tersebut tidak benar-benar mengetahui fenomena proses terjadinya pelangi tersebut – seperti kebanyakan orang hari ini.
Tapi ilmu pengetahuan tentang pelangi ini sebenarnya sangat sederhana. Ini merupakan ilmu optik dasar. Pada artikel ini, kita akan tahu bagaimana hujan dan matahari selaras untuk menciptakan warna di langit.
Lengkungan Cahaya
Proses mendasar terjadinya pelangi adalah pembiasan. Cahaya dibelokkan – atau lebih tepatnya, perubahan arah – ketika perjalanan dari satu medium ke lainnya. Hal ini terjadi karena cahaya bergerak dengan kecepatan yang berbeda pada setiap media yang berbeda.
Untuk memahami mengapa cahaya berbelok, bayangkan Anda sedang mendorong troli belanja di tempat parkir. Lantai tempat parkir merupakan salah satu “media” untuk troli belanja Anda. Jika Anda mengerahkan gaya (tenaga) yang konstan, kecepatan trolo belanja tergantung pada media permukaan yang dilalui – dalam hal ini, permukaan beraspal di area parkir. Apa yang terjadi ketika Anda mendorong troli belanja dari tempat parkir ke daerah berumput? Rumput adalah “media” yang berbeda untuk troli belanja. Jika Anda mendorong troli langsung ke rumput, laju troli akan melambat. Media rumput memberikan lebih banyak perlawanan, sehingga dibutuhkan lebih banyak energi untuk memindahkan troli belanja.
Tetapi ketika Anda mendorong troli ke area rumput diawali dari bagian sudut, hal yang terjadi akan berbeda. Jika roda kanan menyentuh rumput pertama kali, roda kanan akan melambat saat roda kiri masih di atas permukaan aspal. Karena roda kiri bergerak sebentar lebih cepat daripada roda kanan, troli belanja akan berbelok ke kanan ketika bergerak ke daerah rumput. Juga sama sebaliknya, jika Anda bergerak diawali dari bagian sudut dari daerah berumput menuju ke daerah beraspal, satu roda akan bergerak lebih cepat sebelum roda yang lain dan arah troli akan berubah.
Demikian pula, seberkas cahaya berubah ketika memasuki prisma kaca. Ini adalah sebuah penyederhanaan, tetapi kita bisa memperkirakannya seperti ini: Satu sisi gelombang cahaya melambat sebelum yang lain, sehingga berkas cahaya tersebut berubah arah pada batas antara udara dan kaca (beberapa cahaya benar-benar terpantul pada permukaan prisma, tapi sebagian besar bisa melewati prisma). Kemudian berkas cahaya akan berbelok arah lagi ketika keluar prisma, karena satu sisi gelombang cahaya itu bergerak lebih cepat sebelum yang lain.
Selain membelokkan cahaya secara keseluruhan, prisma memisahkan cahaya putih menjadi warna komponennya. Warna cahaya yang berbeda memiliki frekuensi yang berbeda, yang menyebabkan mereka merambat pada kecepatan yang berbeda ketika mereka bergerak melalui suatu media.
Sebuah warna yang bergerak lebih lambat dalam kaca akan berbelok lebih tajam ketika bergerak dari udara ke kaca, karena perbedaan kecepatan yang lebih besar. Sebuah warna yang bergerak lebih cepat dalam kaca tidak akan banyak melambat, sehingga akan menekuk kurang tajam. Dengan cara ini, warna yang membentuk cahaya putih dipisahkan menurut frekuensi ketika mereka melewati kaca. Jika kaca membelokkan cahaya dua kali, seperti dalam prisma, Anda dapat melihat warna dipisahkan lebih mudah. Ini disebut dispersi.
Tetes air hujan dapat membiaskan dan menyebarkan cahaya dengan cara dasar yang sama seperti prisma. Dalam kondisi yang tepat, pembiasan ini membentuk pelangi. Pada bagian berikutnya, kita akan tahu bagaimana proses terjadinya pelangi ini terjadi.
Proses Terjadinya Pelangi
Suatu tetes hujan memiliki bentuk dan konsistensi yang berbeda dari prisma kaca, tapi tetap mempengaruhi cahaya dengan cara yang sama. Ketika sinar matahari putih menerobos kumpulan rintik hujan pada sudut yang cukup rendah, Anda dapat melihat warna komponen merah, oranye, kuning, hijau, biru, nila dan ungu – membentuk sebuah pelangi. Untuk mudahnya, kita hanya akan melihat warna merah dan ungu, warna cahaya di ujung spektrum cahaya tampak.
Diagram di bawah menunjukkan apa yang terjadi ketika sinar matahari menerobos satu tetes air hujan.
Ketika cahaya putih melewati bergerak dari udara ke dalam setetes air, warna komponen cahaya melambat ke kecepatan yang berbeda tergantung pada frekuensi mereka. Sinar ungu berbelok pada sudut yang relatif tajam ketika memasuki tetes air hujan itu. Pada sisi kanan dari tetesan, beberapa cahaya menembus kembali ke udara, dan sisanya dipantulkan ke belakang. Beberapa cahaya yang dipantulkan lewat dari sisi kiri tetesan, berbelok saat ia bergerak ke udara lagi.
Dengan cara ini, setiap tetes hujan mendispersikan sinar matahari putih menjadi warna komponennya. Jadi mengapa saat kita melihat pita warna yang lebar, seolah-olah setiap area hujan yang berbeda mendispersikan hanya satu warna saja? Karena kita hanya melihat satu warna dari setiap tetes hujan. Anda dapat melihat bagaimana proses terjadinya dalam diagram di bawah ini.
Ketika tetesan air hujan A mendispersikan cahaya, hanya cahaya merah di sudut yang tepat yang memantul persis ke arah mata kita. Cahaya warna lainnya keluar atau memantul dari sudut yang lebih rendah, sehingga arah pantulan tidak tepat ke arah mata kita. Sinar matahari akan menerabas semua tetesan air hujan disekitarnya dengan cara yang sama seperti yang dijelaskan di atas, sehingga mereka semua akan memantulkan cahaya merah ke pengamat.
Tetesan air hujan B jauh lebih rendah di langit, sehingga tidak memantulkan cahaya merah untuk pengamat. Pada akhirnya, cahaya ungu keluar pada sudut yang tepat untuk memantul ke arah mata pengamat. Semua tetes air hujan disekitar tetes air hujan B memantulkan cahaya dengan cara yang sama. Tetesan air hujan antara A dan B semua memantulkan warna cahaya yang berbeda ke arah mata kita, sehingga pengamat melihat spektrum penuh warna. Jika Anda naik di atas hujan, Anda akan melihat pelangi sebagai lingkaran penuh, karena cahaya akan memantul kembali dari segala penjuru Anda berada. Di darat, kita melihat busur pelangi yang terlihat di atas cakrawala.
Kadang-kadang Anda bisa melihat pelangi ganda, yaiut satu pelangi dengan warna tajam dan satu pelangi redup di atasnya. Pelangi redup diproduksi dengan cara yang sama seperti pelangi dengan warna tajam, tapi cahaya bukan tercermin sekali di dalam tetes hujan, melainkan tercermin dua kali. Sebagai hasil dari refleksi ganda ini, cahaya keluar dari tetes air hujan pada sudut yang berbeda, jadi kita lihat itu lebih tinggi. Jika Anda perhatikan dengan teliti, Anda akan melihat bahwa warna di dalam pelangi kedua akan berada dalam urutan terbalik dari pelangi utama.
Nah, itulah semua hal tentang bagaimana proses terjadinya pelangi. Cahaya dan air saling berkombinasi dengan cara yang tepat untuk melukiskan gambaran alam yang indah.