OPTIK METEOROLOGI

GEOMETRI SINAR Pada saat cahaya monokromatik mencapai bidang pertemuan antara dua media berbeda seperti udara dan air, maka ada bagian cahaya yang dipantulkan kembali (reflection), ada bagian yang dibiaskan (refraction), ada pula bagian yang diserap dan diubah menjadi panas (Stull, 2000). Perlakuan tersebut akan bergantung pada jenis medium yang dilalui apakah udara dan air, atau udara dan kristal es, juga udara dan bentuk padatan lain di atmosfer seperti partikel.

ci adalah kecepatan cahaya melalui medium i, Sumber cahaya Batas medium Medium A (Udara) Medium B (Air) Garis normal Sinar pantul Sinar bias 1 3 2 ci adalah kecepatan cahaya melalui medium i, ni adalah indeks pembiasan (refractive index). Hukum Snell Cahaya memasuki medium yang lebih rapat akan dibelokkan mendekati normal Cahaya memasuki medium lebih renggang akan dibelokkan menjauhi normal

FENOMENA OPTIK Fenomena optik dapat dikelompokkan berdasar bentuk medium yang dilalui, yaitu : butir air (liquid drop optics) kristal es (ice-crystals optics), molekul-molekul udara, partikel pencemar debu butiran awan, pemencaran(scattering) difraksi (diffraction)

Liquid drop optics (optik butiran cair) Pelangi merupakan fenomena optik yang terbentuk akibat adanya cahaya matahari yang menimpa butir air di udara. Teori dasar yang mengawali: teori refraksi yang secara matematis ditemukan ilmuwan Belanda bernama Willebrord Snell (Greenler, 1980). Snell tidak sempat mempublikasikan teorinya secara resmi. Beberapa ilmuwan yang mengetahuinya menyebut teori tersebut dengan Hukum Snell. Di Perancis hukum ini dikenal sebagai Hukum Descartes, karena adanya ilmuwan lain (René Descartes) yang menemukan hal yang sama 16 tahun kemudian, dipublikasikan secara resmi dan lebih dikembangkan.

TEORI DESCARTES René Descartes adalah orang pertama yang memberikan penjelasan yang cukup memuaskan pada saat itu, mengenai pelangi (rainbow) yang dipublikasikan pada tahun 1637 Percobaannya menunjukkan bahwa pelangi primer (primary rainbow, bright rainbow) adalah hasil dari cahaya matahari yang memasuki butiran air, dipantulkan oleh sisi bagian dalam, dan kemudian keluar kembali Descartes menyimpulkan bahwa berkas cahaya lebih banyak keluar pada sudut 41o-42o daripada interval lain, dan konsentrasi berkas cahaya di sekitar sudut maksimum tersebut yang menyebabkan tampaknya pelangi. Pelangi dapat terlihat jika pengamat melihat ke arah langit dengan sudut sekitar 42o terhadap titik antisolar Titik antisolar (antisolar point) adalah titik yang berada satu garis lurus dengan matahari dan pengamat, yang ditandai dengan adanya bayangan pengamat atau kamera.

PELANGI PRIMER Antisolar point pengamat Sinar dari matahari Sketsa perkiraan tampaknya pelangi yang berpusat pada titik antisolar (modifikasi dari Greenler, 1980) Berkas sinar pada pembentukan pelangi primer (modifikasi dari Greenler, 1980)

PELANGI SEKUNDER Beberapa pelangi terkadang muncul bersamaan dengan lengkungan sekunder yang terlihat di luar pelangi primer. Descartes : cahaya yang masuk ke dalam butiran air yang lain pada sudut tertentu sehingga mengalami 2 kali pemantulan di dalamnya, baru dikeluarkan pada sudut 51o terhadap titik antisolar

PELANGI TERTIER Pelangi dengan orde yang lebih tinggi jarang diketemukan di alam Percobaan di laboratorium menunjukkan bahwa pelangi tertier dapat terlihat dengan sudut 40o20’, tetapi lengkungannya sangat dekat dengan matahari sehingga kemungkinan di alam tidak tampak karena kondisi langit yang sangat terang. Percobaan di laboratorium telah dilakukan oleh Jearl D. Walker tahun 1976 dan ditemukan orde pelangi hingga ke-13.

FENOMENA PELANGI interference atau supernumerary bows pelangi putih (white rainbow) pelangi merah (red rainbow) pelangi dari cahaya yang dipantulkan (reflected-light rainbow) pelangi yang dipantulkan (reflected rainbow) pelangi dari cahaya bulan pelangi cahaya inframerah pelangi di atas permukaan air

Reflected rainbow Pelangi yang dipantulkan permukaan lain yang ada di hadapan pengamat (mis. air) Pengamat akan melihat pelangi di langit, dan di permukaan air.

Reflected-light rainbow sinar matahari yang dipantulkan oleh permukaan air; menimpa butiran air di udara kemudian terbentuk pelangi yang terlihat oleh pengamat Pengamat membelakangi permukaan air

SUPERNUMERARY BOW

Ice-crystals optics cahaya matahari jatuh di permukaan kristal es, sebagian akan masuk ke dalam kristal dan mengalami refraksi dan sebagian lagi akan dipantulkan (refleksi). Masing-masing peristiwa itu akan membawa fenomena sendiri. Hal lain yang akan mempengaruhi jenis fenomena optik kristal es ini adalah bentuk kristal. Di atmosfer bentuk kristal es yang paling sederhana adalah bentuk pensil (prisma) dan bentuk lempeng (plate). Refraksi : halo, arcs dan spots Refleksi : pillar dan parhelic circle

Ice-crystals optics

Halo 22 derajat 60o

46° halo or supra-/infralateral arc

pillars

Scattering langit cerah terlihat biru awan putih warna langit malam awan hitam warna-warni awan crepuscular ray anticrepuscular ray twilight

Diffraction (difraksi) Fenomena : Corona cloud iridescence Heiligenschein glory

Diffraksi cahaya yang membentuk corona Sun corona Lunar corona

GLORY

Heiligenschein Iridescent cloud

Refraction (refraksi) cahaya melalui medium yang sama tetapi berbeda kerapatannya, akibat perubahan tekanan antar ketinggian ?? Superior dan inferior mirage; towering

MIRAGE

Debu di atas S. Mosel 28 Sept 2003

GREENFLASH GREENFLASH