Mengapa saat panas terik di siang hari kita sering melihat seperti ada genangan air di jalan raya yang beraspal?

Gambar Peristiwa Fatamorgana

Ketika sedang menaiki kendaraan yang melewati suatu jalan yang beraspal pada siang hari, mungkin kita pernah mengalami melihat suatu genangan air pada jalan raya didepan kita. Akan tetapi ketika tiba di lokasi dimana kita memperkirakan melihat genangan air, disana tidak ada air yang tergenang. Tampilnya genangan air khayal tersebut adalah suatu jenis fatamorgana. Fatamorgana adalah sebuah fenomena yang terjadi dimana tampak gambar suatu objek yang sebenarnya tidak ada disitu, yang dihasilkan karena adanya pembiasan cahaya matahari oleh atmosfer. Pembiasan cahaya dapat terjadi ketika cahaya bergerak melalui satu jenis material ke material lainnya yang memiliki kerapatan berbeda.

Fatamorgana ini terjadi karena permukaan jalan mendapat sinar matahari dengan intensitas kuat, sehingga ada perbedaan suhu udara yang cukup besar di dekat permukaan jalan. Di dekat permukaan jalan aspal yang panas terdapat lapisan udara dingin. Lapisan udara yang lebih dingin memiliki kerapatan lebih besar dari pada lapisan udara yang lebih panas. Oleh karena itu, sinar matahari yang datang dari lapisan udara dingin menuju ke lapisan udara panas akan dibiaskan menjauhi garis normal.

Seberkas cahaya dari langit yang bergerak dari lapisan udara dingin ke lapisan udara hangat dan lapisan udara panas secara berangsur dibiaskan menjauhi garis normal, sehingga akhirnya dibelokkan ke atas ketika cahaya tersebut memasuki lapisan udara panas di dekat permukaan jalan. Cahaya ini dibiaskan ke mata seakan-akan cahaya ini datang dari permukaan jalan atau bahkan dari bawah jalan. Karena itulah, mata kita melihat bayangan langit ini seperti genangan air di jalan beraspal di depan kita.

Ada dua jenis fatamorgana, yaitu fatamorgana inferior dan fatamorgana superior. Fatamorgana inferior merupakan jenis dari fatamorgana yang paling umum terjadi. Dalam sebuah fatamorgana inferior, sebuah objek tampak hadir seolah-olah baik objek sebenarnya maupun refleksinya berada di dalam genangan air. Hal ini dapat terjadi karena ketika tanah sangat panas, panas akan diradiasikan keluar dari dalam tanah dan menghangatkan udara yang berada tepat di atasnya. Ketika cahaya melewati udara dingin di atas dan masuk ke dalam udara yang lebih hangat di bawahnya, cahaya tersebut akan dibelokkan. Fatamorgana Inferior biasanya terlihat di jalan beraspal selama hari-hari yang panas dan cerah, dan sering terlihat seperti genangan air di permukaan jalan tersebut.

Sedangkan fatamorgana superior biasanya muncul di atas cakrawala, karena udara dingin terletak di bawah udara hangat. Biasanya muncul di atas es atau air yang sangat dingin. Dalam jenis fatamorgana ini, objek tampak jauh lebih tinggi daripada posisi aslinya. Contoh dari jenis fatamorgana ini adalah gambaran pulau melayang yang biasa dilihat oleh para pelaut. Fatamorgana superior paling sering terlihat di daerah kutub karena disana terdapat sejumlah besar es dan air yang sangat dingin. Kita juga sering dapat mengamati fatamorgana jenis ini saat matahari sedang terbenam di cakrawala, dimana matahari muncul di atas posisi yang sebenarnya dan bahkan kadang-kadang berada dalam posisi terbalik.

Ketika kalian sedang berkendara di jalan raya beraspal pada ketika siang hari yang panas dan cerah mungkin kalian akan terkejut dengan penampakan genangan air beberapa ratus meter dari kendaraan kalian. Namun, ketika didekati maka genangan air tersebut tidak nampak sama sekali. Kenapa hal ini sanggup terjadi? Bagaimana ceritanya jalan raya yang kering dan panas sanggup terlihat berair oleh genangan air?

Apabila kalian pernah mengejar genangan air di jalan raya yang panas untuk sekedar melihat lebih bersahabat dan menyentuhnya, maka perjuangan kalian akan sia-sia. Kenapa penulis bilang sia-sia? Karena sebetulnya genangan air tersebut sebetulnya ialah fenomena optik dan bertindak sebagai delusi yang membingungkan bagi siapa saja yang memandangi jalan aspal di siang hari yang sangat panas.

Mengapa kita melihat genangan air di jalan beraspal pada siang hari yang panas?

Jawaban singkat: genangan air yang kita lihat di jalan beraspal pada siang hari yang panas ialah lantaran fenomena optik yang disebut dengan fatamorgana. Fatamorgana ini disebabkan oleh pembiasan atau pembelokan arah rambat cahaya lantaran suhu udara yang berbeda di atas jalan.

Bagaimana kecepatan cahaya di dalam medium rapat?

Cahaya bergerak dalam garis lurus dengan kecepatan konstan, sebesar 3 × 108 m/s. Namun, kecepatannya dipengaruhi oleh medium yang dilaluinya. Meskipun cahaya bergerak pada kecepatan sebesar itu di dalam ruang hampa udara (vakum), cahaya akan bergerak sedikit melambat ketika melewati medium kurang rapat (udara) ke medium yang lebih rapat (kaca, air, dsb).

Dari gambar di atas, sinar cahaya dari ujung pensil di dalam air (medium lebih rapat) akan dibelokkan ketika melewati udara (medium kurang rapat) menuju ke mata pengamat. Dari perpotongan perpanjangan sinar-sinar biasnya, maka akan terbentuk sebuah bayangan dari pensil. Jadi, yang sebetulnya kita lihat ialah bayangan pensil yang menciptakan seakan-akan batang pensil bengkok. Fenomena ini disebut dengan pembiasan cahaya.

Perlambatan kecepatan cahaya ini terjadi ketika foton (partikel mikroskopik yang membentuk cahaya) berinteraksi dengan partikel medium yang dilaluinya. Akibatnya, partikel foton tersebut diserap dan dipancarkan berulang-ulang yang menjadikan penurunan kecepatan rata-rata cahaya dengan fraksi kecil dalam medium tertentu.

Rasio di mana cahaya diperlambat dalam medium tertentu disebut dengan indeks bias medium yang bersangkutan. Indeks bias ini merupakan kuantitas tak berdimensi yang menyatakan kerapatan suatu medium. Semakin besar indeks bias suatu medium, maka tingkat kerapatannya juga semakin tinggi dan begitupun sebaliknya. Nilai indeks bias bisanya lebih besar dari 1 (untuk medium rapat) dan lebih kecil dari 1 (untuk medium renggang).

Indeks bias medium sebagian bergantung pada suhunya. Biasanya, semakin tinggi suhu suatu medium maka kerapatan optiknya akan semakin berkurang atau menjadi lebih renggang. Dan begitupun sebaliknya, semakin rendah suhu suatu medium, maka kerapatan optiknya akan semakin tinggi atau menjadi lebih rapat.

Pada siang hari yang cerah, sinar matahari memanasi permukaan jalan beraspal. Namun lantaran jalan aspal umumnya bewarna hitam, maka permukaan jalan akan menyerap banyak panas dan menjadi lebih panas daripada benda bewarna lebih terang. Karena permukaan aspal menjadi panas, maka hal ini akan meningkatkan suhu udara tepat di atas permukaan jalan aspal.

Dengan demikian, akan terbentuk lapisan udara panas tepat di atas permukaan aspal. Sementara itu, beberapa milimeter di atas udara panas tersebut, suhu udara tidak terlalu panas alias dingin. Oleh lantaran itu, pada kondisi ini terciptalah dua lapisan udara yang berbeda suhunya, yaitu lapisan udara panas tepat di atas permukaan aspal dan lapisan udara hirau taacuh yang berada di atas lapisan udara panas tersebut.

Lapisan udara panas mempunyai kerapatan optik yang lebih rendah, alhasil indeks biasnya menjadi lebih kecil daripada lapisan udara dingin. Sekarang sinar cahaya dari matahari bergerak melalui lapisan udara hirau taacuh (medium lebih rapat) dalam garis lurus, tetapi ketika mencapai lapisan udara panas (medium renggang/kurang rapat) tepat di atas permukaan jalan aspal, maka kecepatan cahaya sedikit meningkat sehingga arahnya akan membelok untuk mencapai mata pengamat.

Pembelokan arah rambat cahaya ini terjadi lantaran cahaya bergerak dari medium lebih rapat yaitu lapisan udara hirau taacuh menuju medium kurang rapat yaitu lapisan udara panas. Untuk lebih jelasnya, perhatikan diagram berikut.

Berdasarkan gambar di atas, perpanjangan sinar yang dibelokkan oleh lapisan udara panas tersebut akan membentuk suatu bayangan semu menyerupai genangan air. Namun sebenarnya, genangan air tersebut sebetulnya ialah bayangan dari langit yang dipantulkan secara sempurna. Fatamorgana ini biasanya sanggup diamati pada siang hari yang cerah ketika panas terik dari matahari menghangatkan permukaan datar (seperti jalan raya beraspal).

Peristiwa fatamorgana tidak hanya terjadi pada jalan beraspal saja, melainkan juga sanggup terjadi di padang pasir. ketika kalian berada di padang pasir yang luas, delusi optik akan menciptakan suatu fenomena genangan air di pasir yang terlihat begitu tepat sehingga kalian tidak akan sanggup membedakan apakah itu genangan air positif atau hanya sebuah delusi optik.