Hamburan Rayleigh

grafik Hamburan Rayleigh

Hamburan Rayleigh (Inggris: Rayleigh scattering) dinamai berdasarkan seorang fisikawan Inggris Lord Rayleigh (John William Strutt), adalah teori hamburan elastis cahaya atau radiasi elektromagnetik lain oleh partikel-partikel penghambur yang memiliki panjang gelombang lebih kecil dibandingkan dengan cahaya/radiasi yang dihamburkannya. Apabila frekuensi cahaya berada di bawah/lebih kecil dari frekuensi resonansi partikel penghambur (dinamakan rezim dispersi normal), maka jumlah hamburan yang dihasilkan akan berbanding terbalik dengan pangkat empat panjang gelombang cahaya yang dihamburkan.

Perubahan polaritas elektrik partikel-partikel di udara menyebabkan hamburan Rayleigh. Medan listrik yang berosilasi dalam gelombang cahaya berinteraksi dengan elektron dalam partikel dan menyebabkan muatan tersebut ikut berosilasi (bergerak bolak-balik) dengan frekuensi yang sama dengan medan listrik cahaya datang. Partikel-partikel inilah yang bisa diamati sebagai sinar hamburan, atau dengan kata lain partikel-partikel itu menjadi dipol-dipol yang meradiasikan sinar hamburan. Partikel-partikel yang dapat menghamburkan tersebut bisa terdiri dari banyak atom dan molekul. Kebanyakan hamburan yang diamati terjadi ketika cahaya melewati medium berupa gas, namun peristiwa hamburan Rayleigh juga bisa terjadi di medium padat dan cair.

Hamburan Rayleigh yang terjadi pada sinar matahari ketika melewati atmosfer bumi menyebabkan warna biru di langit, termasuk juga corak kuning-merah di langit ketika posisi matahari di bawah cakrawala atau pada saat sebelum terbit dan setelah terbenam matahari. Cahaya matahari juga mengalami peristiwa hamburan Raman, yaitu teori hamburan inelastis cahaya yang selain menyebabkan perubahan arah partikel cahaya (foton) seperti hamburan Rayleigh, juga menyebabkan perpindahan energi (dalam bentuk rotasi) antara dua partikel yang bertumbuk.

Hamburan oleh partikel penghambur yang memiliki panjang gelombang lebih besar atau hampir sama dengan panjang gelombang cahaya bisa dianalisis menggunakan teori Mie, pendekatan dipol diskrit, dan teknik-teknik komputasi lainnya. Teori hamburan Rayleigh bisa digunakan terbatas pada partikel yang lebih kecil panjang gelombangnya dibandingkan cahaya yang dihamburkan dan umumnya memiliki indeks bias ≅ 1.

Sejarah

Penemu dari Hamburan Rayleigh sendiri adalah "William Strutt" tetapi ia lebih banyak disebut sebagai "Lord Rayleigh". Pada tahun 1869, John Tyndall mengemukakan dalam karya tulisnya bahwa cahaya terang yang terhambur dari partikulat nanoskopik memiliki warna sedikit kebiruan ketika sedang mencoba memeriksa keberadaan kontaminan tersisa di udara yang dimurnikan saat digunakan dalam percobaan inframerahnya. Dia menduga bahwa peristiwa hamburan yang mirip juga terjadi hingga langit memiliki corak berwarna biru, meskipun dirinya tidak mampu menjelaskan mengapa warna biru yang terlihat serta pengaruh partikulat di atmosfer terhadap intensitas warna di langit.

Kemudian tahun 1871, Lord Rayleigh mempublikasikan dua makalah tentang warna dan polarisasi cahaya langit untuk melakukan kuantifikasi efek Tyndall di tetesan air yang dipengaruhi oleh volume tetesan kecil yang dikaji dan indeks bias. Pada tahun 1881 setelah James Clerk Maxwell menjelaskan sifat elektromagnetisme gelombang cahaya, Rayleigh menghubungkan persamaan miliknya dengan sifat elektromagnetisme tersebut. Setelah itu pada tahun 1899, Rayleigh menunjukkan bahwa volume partikulat dan indeks bias jika dijelaskan dalam skala molekuler bisa dijelaskan dengan sifat polarisasi molekul yang berakar dari karya tulis elektromagnetisme Maxwell.