Mengapa Pelangi Selalu Berbentuk Lengkungan Sempurna di Langit?

Proses terjadinya pelangi melibatkan tiga tahap utama yang berkaitan dengan bagaimana cahaya berinteraksi dengan tetesan udara di atmosfer, yaitu pembiasan (refraksi), pemantulan internal, dan penyebaran cahaya.

• Pembiasan cahaya matahari: Cahaya matahari yang berbentuk putih memiliki banyak warna dalam spektrum. Saat cahaya ini masuk ke dalam tetesan air hujan—yang lebih padat dibandingkan udara—cahaya tersebut dibelokkan atau dibiaskan (refraksi). Pembiasaan ini menyebabkan arah cahaya berubah saat berpindah dari udara ke udara.

• Pemantulan internal: Setelah cahaya menembus tetesan udara dan mengalami pembiasan, cahaya itu kemudian memantul di dalam permukaan dalam tetesan tersebut sebelum akhirnya berbelok keluar. Proses pantulan internal ini membuat cahaya 'berputar' di dalam tetesan, sehingga akhirnya cahaya itu bisa keluar dari tetesan dan sampai ke mata kita sebagai sinar pelangi yang indah.

• Dispersi cahaya: Saat cahaya putih melewati tetesan udara, cahaya tersebut terurai menjadi komponen warnanya karena setiap warna memiliki panjang gelombang dan indeks bias yang berbeda-beda. Proses pengungkapan warna ini disebut dispersi. Warna dengan panjang gelombang lebih panjang seperti merah dibiaskan dengan sudut berbeda dibandingkan warna dengan panjang gelombang lebih pendek seperti ungu. Hasilnya, kita melihat rangkaian warna pelangi, yaitu merah sampai ungu, membentuk busur yang indah.

Pelangi yang selalu muncul dalam bentuk lengkungan sempurna sebenarnya adalah hasil dari permainan ajaib sudut deviasi cahaya. Ketika sinar matahari menembus jutaan tetesan air hujan, cahaya tersebut membelok dengan sudut tertentu—yang disebut sudut deviasi—antara arah cahaya masuk dan keluar dari tetesan udara. Keunikan sudut ini berbeda untuk setiap warna karena cahaya putih terurai menjadi spektrum warna yang beragam, masing-masing dengan sudut pembiasan yang khas sesuai panjang gelombangnya.

Untuk pelangi utama, sudut deviasi ini berkisar sekitar 42 derajat untuk cahaya merah dan sedikit lebih kecil, sekitar 40 derajat, untuk warna ungu. Sudut-sudut spesial inilah yang menempatkan warna-warni pelangi di-posisi tertentu di langit, membentuk busur indah yang selalu dapat kita lihat posisi sebagai lengkungan.

Secara geometris, pelangi yang kita saksikan hanyalah sebagian dari lingkaran cahaya sempurna yang tercipta dari ribuan tetesan udara yang memantulkan dan membiaskan cahaya sesuai sudut deviasi tadi. Lingkaran ini berpusat pada titik di langit yang terletak tepat berlawanan arah dengan matahari dari sudut pandang kita.

Namun, karena biasanya permukaan bumi menghalangi bagian bawah lingkaran itu, kita hanya menikmati lengkungan setengah lingkaran pelangi. Jika berada di atas awan atau di pesawat, pelangi bahkan terlihat sebagai lingkaran penuh.

Pelangi sejatinya merupakan lingkaran utuh yang sempurna, tercipta dari cahaya matahari yang menari-nari saat dibiaskan, dipantulkan, dan terurai oleh jutaan tetesan udara di atmosfer. Setiap titik pada lingkaran ajaib ini membentuk sudut deviasi sekitar 42 derajat dari arah sinar matahari, sehingga menciptakan pola cahaya melingkar yang penuh dan harmonis.

Namun, saat kita mengagumi pelangi dari permukaan bumi, biasanya hanya sebagian lengkungan — seperti setengah lingkaran — yang tampak. Ini karena bumi sendiri, melalui tanah, bukit, atau bangunan, secara alami menjadi tirai yang menutupi bagian bawah lingkaran tersebut, sehingga bagian pelangi yang berada di bawah garis cakrawala tersembunyi dari pandangan mata.

Keajaiban lain terjadi saat kita berada di tempat yang sangat tinggi, seperti di dalam pesawat terbang atau puncak gunung, di atas awan. Dalam posisi tersebut, tanpa hambatan apapun di bawah, kita bisa menyaksikan pelangi dalam wujud lingkaran penuh yang memukau, seolah melingkari dunia dengan palet warna magisnya dan mengajak kita terpana pada keindahan alam semesta yang sesungguhnya.

Dengan demikian, pelangi bukan hanya keindahan langit semata, tetapi juga fenomena optik yang memukau yang mengingatkan kita akan keteraturan dan keajaiban alam semesta yang tersembunyi di balik setiap warna yang muncul di langit setelah hujan.