Mengapa Langit Berwarna Biru?

Mungkin jawaban pertama yang muncul di benak sebagian kita adalah karena pantulan dari laut. Laut berwarna biru dan menguasai 70 persen permukaan Bumi, warna biru laut akan dipantulkan ke langit sehingga langit berwarna biru. Tapi, jawaban ini masih meleset. Cahaya yang kita terima di Bumi di siang hari berasal dari Matahari. Cahaya dari Matahari berwarna putih. Jika kita uraikan, cahaya putih ini menggunakan prisma maka kita akan mendapatkan warna pelangi. Ini menunjukkan cahaya putih Matahari terususun dari warna-warna.

Nah, cahaya putih matahari sebelum mencapai permukaan Bumi terlebih dahulu harus berhadapan dengan partikel-partikel yang menyusun atmosfer Bumi. Oleh atmosfer Bumi, cahaya biru akan dihamburkan ke segala arah. Cahaya lain sebenarnya juga mengalami penghamburan, namun hamburannya lebih sedikit sehingga intensitasnya dikalahkan oleh hamburan cahaya biru. Hamburan cahaya biru ini lah yang kita amati sebagai langit yang berwarna biru.

Percobaan sederhana untuk menyimulasikan penghamburan ini dapat kita lakukan dengan segelas sirup dan senter. Buatlah ramuan sirup, misalnya sirup jeruk yang berwarna kuning di wadah yang transparan, lalu bawa ke tempat gelap. Di tempat gelap, nyalakan senter dan arahkan ke arah wadah transparan tersebut. Jika kita perhatikan, cahaya senter yang berwarna putih akan terpendar menjadi warna kuning ketika melewati cairan sirup. Warna kekuningan oleh cairan sirup adalah hasil pemendaran cahaya senter oleh partikel-partikel sirup.

Hamburan cahaya seperti pada percobaan diatas juga pada atmosfer disebut hamburan Rayleigh. Bila cahaya mengenai suatu obyek cahaya dapat ditransmisikan, diabsorbsi, atau dipantulkan. Bahan bervariasi dalam kemampuan untuk mentransmisikan cahaya, dan biasanya dideskripsikan sebagai transparan, translusen, atau opaque. Material yang transparan, seperti gelas, mentransmisikan cahaya dengan difus, seperti gelas terfrosted, disebut bahan translusen. Batuan yang opaque tidak mentransmisikan cahaya.

Dua mekanisme penting interaksi cahaya dengan partikel dalam padatan adalah polarisasi elektronik dan transisi elektron antar tingkat energi. Polarisasi adalah distorsi awan elektron atom oleh medan listrik dari cahaya. Sebagai akibat polarisasi, sebagian energi dikonversikan menjadi deformasi elastik (fonon), dan selanjutnya panas.

Cahaya yang ditransmisikan dari satu medium ke medium lain, misalnya dari gelas ke air akan mengalami pembiasan. Pembelokan cahaya ini adalah akibat perubahan kecepatan rambat yang asal mulanya dari polarisasi elektronik. Karena polarisasi meningkat dengan naiknya ukuran atom. Gelas yang mengandung ion-ion berat (seperti kristal timbal) memiliki indeks bias yang lebih besar dari gelas yang mengandung atom-atom ringan (seperti gelas soda).

Hamburan cahaya internal dalam bahan yang sebenarnya transparan mungkin dapat mengakibatkan bahan menjadi translusen atau opaque. Hamburan semacam ini terjadi antara lain di batas butiran, batas fasa, dan pori-pori.

Banyak aplikasi memanfaatkan sifat optik bahan keramik ini. Transparansi gelas membuatnya bermanfaat untuk jendela, lensa, filter, alat masak, alat lab, dan objek-objek seni. Pengubahan antara cahaya dan listrik adalah dasar penggunaan bahan semikonduktor seperti GaAs dalam laser dan meluasnya penggunaan LED dalam alat-alat elektronik. Keramik fluoresensi dan fosforisensi digunakan dalam lampu-lampu listrik dan layar-layar tv. Akhirnya serat optik mentransmisikan percakapan telepon dan data komputer yang didasarkan atas refleksi internal total sinyal cahaya.