Home / Geografi / Proses Terjadinya Pelangi

Proses Terjadinya Pelangi

  • 7 min read

Penulis : Siti Nuriyah – Geo Teacher

Pelangi tampak seperti busur dan berwarna merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu. Dalam bahasa Inggris disingkat “Roy G, Biv” (Red, Orange, Yellow, Green, Blue, Indigo, dan Violet). Pelangi adalah ilusi optik, pelangi sebenarnya tidak ada di di langit. Penampilannya bergantung pada di mana kita berdiri dan di mana matahari (atau sumber cahaya lainnya) bersinar.

Bagaimana Pelangi Terbentuk?

Pelangi terbentuk ketika cahaya (umumnya sinar matahari) melewati tetesan air yang berada di atmosfer. Gelombang cahaya berubah arah ketika melewati tetesan air, menghasilkan dua proses: refleksi (pemantulan) dan refraksi (pembiasan), pelangi sebenarnya adalah lingkaran penuh, pengamat di pesawat terkadang dapat melihat pelangi melingkar ini.

Ketika sinar matahari bertemu tetesan hujan, sebagian dari cahaya dipantulkan dan sisanya memasuki tetesan hujan. Cahaya dibiaskan pada permukaan rintik hujan, ketika cahaya ini mengenai bagian belakang tetesan air hujan, beberapa di antaranya dipantulkan dari belakang. Ketika cahaya yang dipantulkan secara internal mencapai permukaan lagi, lagi sebagian dipantulkan secara internal dan beberapa dibiaskan saat keluar dari tetesan.

Efek keseluruhannya adalah bagian dari cahaya yang masuk dipantulkan kembali pada kisaran 0-42°(paling intens pada 42°). Sudut ini tidak tergantung pada ukuran tetesan, tetapi tergantung pada indeks biasnya.

Mengenal Pelangi

Ada banyak pelangi. Namun, hanya satu yang dapat dilihat tergantung pada sudut pandang pengamat. Semua tetesan air hujan membiaskan dan memantulkan sinar matahari dengan cara yang sama, tetapi hanya cahaya dari beberapa tetesan air hujan yang mencapai mata pengamat.

Cahaya ini didentifikasi sebagai pelangi. Seluruh sistem yang tersusun oleh sinar matahari, kepala pengamat, dan tetesan air (berbentuk bola) memiliki simetri aksial di sekitar sumbu melalui kepala pengamat dan sejajar dengan sinar matahari.

posisi matahari
posisi matahari
Pengamat melihat melihat pelangi
gambar 1. Pengamat melihat melihat pelangi

Kita melihat pelangi di langit biasanya hanya pada saat matahari berada di belakang kita, hujan yang turun di depan kita, dan disinari oleh cahaya matahari dalam posisi tertentu. Pelangi terbentuk oleh rintik hujan dari tetesan kecil. Lengkukan dengan sendirinya muncul sebagai busur lingkaran, yang tengah adalah titik anti-solar, yang merepresentasikan titik potong bidang pelangi dan sinar cahaya dari matahari melewati mata pengamat (lihat gambar 1).

Pelangi terdiri atas semua warna spektrum, dengan warna merah di luar busur, dan ungu di dalam busur. Busur utama dikenal sebagai busur primer. Sisi luar dibentuk busur lain yang memusat ke dalam. Busur lain ini adalah busur sekunder dan biasanya lebih redup daripada primer.

Busur sekunder terdiri atas susunan warna yang sama dengan busur primer, tetapi sebaliknya, merah terlihat di dalam dan ungu terlihat di luar. Dua pelangi tersusun atas merah ke merah dan di antaranya terlihat langit lebih gelap yang disebut sebagai pita gelap Alexander.

Dalam busur utama, sering terlihat busur muda, biasanya terdapat pita merah muda atau hijau gelap tetapi warnanya bervariasi (disebut busur figuran).

Teori Geometri

Pembentukan dasar pelangi primer dan sekunder dapat dipahami menggunakan optik geometris sederhana, karena jalur sinar penampang yang bundar.

Analisis dasar pelangi dapat diperoleh melalui aplikasi hukum refleksi (pemantulan) dan refraksi (pembiasan) ke arah dari sinar melalui tetesan. Karena tetesan diasumsikan menjadi bentuk bola, semua arah equivalen dan hanya satu variabel yang signifikan: hasil angle θ atau hasil parameter secara alternatif, yang didefinisikan sebagai b = sin θ. Permukaan tetesan sinar di pantulkan secara parsial dan cahaya yang terpantul ini diidentifikasikan sebagai sinar yang tersebar dari kelas 1.

Sisa cahaya ditransmisikan dengan perubahan dalam arah yang disebabkan pembiasan. Pada permukaan cahaya selanjutnya ditransmisikan secara parsial (kelas 2) dan dipantulkan secara parsial. Pada batas selanjutnya, sinar yang dipantulkan dibagi lagi menjadi komponen yang dipantulkan dan ditransmisikan, dan proses berlanjut tanpa batas (kelas 3).

Sinar pada kelas 1 menggambarkan pemantulan secara langsung oleh tetesan air dan kelas 2 secara langsung ditransmisikan melalui itu. Sinar kelas 3 yang menghilangkan tetesan air setelah pemantulan internal, memunculkan pelangi sekunder. Pelangi dari batas tertinggi dibentuk oleh sinar yang membuat lebih banyak bagian rumit, tetapi tidak biasanya terlihat.

jalan sinar monokromatik melalui sebuah tetesan 2
jalan sinar monokromatik melalui sebuah tetesan
Gambar 2: jalan sinar monokromatik melalui sebuah tetesan

Dalam cahaya matahari, tetesan air disinari secara beraturan pada semua parameter yang terkena pada waktu yang sama. Oleh karena itu, cahaya dihamburkan hampir ke segala arah, tetapi semua pancaran sinar tidak membentuk pelangi. Jika kita ingin melihat pelangi, intensitas pancaran cahaya harus meningkat dalam satu arah khusus (arah khusus ini disebut sudut pelangi dan bergantung pada warna cahaya). Sehingga sinar dengan ukuran yang berbeda harus dihamburkan pada hampir semua sudut yang sama.

Pelangi sekunder hampir dua kali besarnya dari pelangi sekunder, jika sinar dari cahaya matahari benar-benar paralel. Jika kita ingin lebih tepat, kita harus memperhitungkan diameter matahari yang tampak.

Pada figur 4 kita dapat melihat tidak ada sinar dari kelas 3 dan kelas 4 yang dihamburkan ke wilayah angular di antara 130 o dan 138o. Wilayah ini yang disebut sebagai pita gelap Alexander. Jika hanya sinar dari kelas 3 dan kelas 4 yang ada daerah ini akan sangat hitam. Bagaimanapun sinar dari kelas 1 dan batas tertinggi dihamburkan ke wilayah ini. Sehingga, pita alexander tidak sepenuhnya hitam tetapi masih jelas lebih gelap dari yang lain.

Intensitas Cahaya yang Timbul

Intensitas cahaya timbul dari sebuah tetesan air hujan setelah pemantulan internal bergantung pada 4 faktor: koefisien pemantulan dan pembiasan pada sebuah permukaan air bersamaan ke sudut yang bervariasi dari timbulnya, yang disebut faktor geometri, variasi dalam deviasi di ketergantungan sudut insiden, difraksi dan gangguan.

Pemantulan dan Pembiasan

Koefisien pemantulan cahaya pada permukaan air bergantung pada polarisasi cahaya. Terbentukanya pelangi primer dan sekunder bergantung pada sudut timbulnya. Cahaya dari pelangi primer terpolarisasi lebih kuat daripada sekunder. Intensitas cahaya akan menentukan kecerahan gambar yang terbentuk di mata.

Teori Difraksi

Pelangi satu dengan lainnya tidak sama, kadang merah atau biru tidak ada dan lebar warna lain bervariasi atau pita kuning tak sebanyak hijau dan ungu. Terdapat variasi nyata dalam intensitas warna. Biasanya ungu lebih terang tetapi terdapat yang lebih tercampur putih, jumlah lebar pelangi juga tidak konstan.

Pelangi figuran (supernumerary) juga berbeda dari kasus ke kasus. Terkadang banyak yang terlihat.

Semua variasi ini disebabkan oleh difraksi. Difraksi diteorikan oleh Sir George Airy dan Josef Pretner (1849). Difraksi memengaruhi timbulnya dalam hubungan pelangi dihubungkan dengan cahaya yang ditimbulkan dari sebuah tetesan air secara dekat dalam arah deviasi.

Dengan bayangan pinggir lurus, terdapat penerangan dengan wilayah dari cahaya yang terpotong berdasarkan optik geometri. Dalam area ini penerangan jatuh dengan cepat ketika menjauhi tepi bayangan. Lalu, bersama dengan pembiasan memotong tepi lurus, dalam area yang diterangi optik geometri, terjadilah rangkaian lingkaran pinggir.

Pertanyaan Umum

Bagaimana pelangi dapat membentuk busur?

Pelangi melengkung karena himpunan semua tetesan hujan yang memiliki sudut antara pengamat, hujan, dan matahari, membentuk kerucut yang menunjuk ke matahari dengan pengamat di ujung. Dasar kerucut membentuk lingkaran pada sudut 40-42° hingga garis antara kepala pengamat dan bayangannya.

Mengapa jari-jari pelangi dari air laut lebih kecil daripada air hujan?

Karena Air laut memiliki indeks bias yang lebih tinggi daripada air hujan, sehingga cahaya yang dipantulkan kembali membentuk sudut kurang dari 42o.

Mengapa saat terjadi hujan dan terdapat matahari sering tidak membentuk pelangi?

Bergantung pada posisi, cahaya yang keluar di bagian belakang tetesan air hujan tidak membentuk pelangi antara pengamat dan matahari karena spektrum yang dipancarkan dari belakang tetesan air hujan tidak memiliki intensitas maksimum.

Sumber Pustaka

  • How is Rainbow Formed?. Diakses pada tanggal 17 Mei 2020, dari https://www.worldatlas.com/articles/how-is-a-rainbow-formed.html
  • Rainbow. Diakses pada tangggal 17 Mei 2020, dari http://mafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2006_2007/seminar_mavrica.pdf
  • Rainbow. Diakses pada tanggal 17 Mei 2020, dari https://www.nationalgeographic.org/encyclopedia/rainbow/

Baca juga