Kenapa Erupsi Besar Bisa Membuat Langit Berwarna Tak Biasa?

tirto.id - Pada 9 September 1883, warga Colombo, Sri Lanka, sedang berjalan sore di Galle Face, kawasan terbuka di tepi laut. Langit berawan. Beberapa embusan badai melintas di atas laut, salah satunya baru saja menyentuh Colombo ketika Matahari muncul dari balik awan. Posisinya sekitar 10 derajat di atas cakrawala.

Mereka heran saat Matahari tampak hijau terang. Cahayanya sangat redup. Intensitasnya bahkan diperkirakan tidak sampai separuh terang Bulan purnama sehingga seluruh piringannya dapat dipandang langsung. Fenomena yang sama kembali terlihat dua hari berikutnya.

Hal serupa juga diamati di India Selatan. Dalam surat dari Ongole, India, bertanggal 24 September, seorang misionaris, Rev. William Russell Manley menulis bahwa selama dua atau tiga hari ia kembali melihat bentuk yang lebih lemah dari fenomena yang sebelumnya telah dilaporkannya kepada Nature.

"Kali ini, meskipun tampaknya terdapat kabut berasap yang kurang lebih sama di langit, kabut tersebut jauh lebih tipis," tulisnya. Kabut itu, menurut Manley, terlihat jelas setelah Matahari terbenam, tetapi tidak tampak ketika Matahari masih cukup tinggi di atas cakrawala.

Ketika Krakatau Mengubah Warna Langit

Sebagian orang mulai menghubungkan perubahan warna langit dengan letusan Gunung Krakatau pada Agustus 1883. Saat musim gugur tiba di belahan bumi utara, langit senja menampilkan warna merah dan jingga yang sangat kuat di ufuk barat. Semburat itu bertahan jauh lebih lama setelah Matahari terbenam dan sering bercampur dengan warna ungu di ketinggian.

Dalam catatan yang dihimpun William Henry Larrabee, fenomena serupa telah tercatat di berbagai wilayah sejak akhir Agustus 1883. Pengamatan di Rodrigues, Mauritius, dan Seychelles tercatat pada 28 Agustus, disusul Brasil pada 30 Agustus. Pada 1–2 September, laporan datang dari New Ireland (Papua Nugini) dan Gold Coast di Afrika, sementara pengamat di Trinidad melihat langit berubah sangat merah setelah Matahari terbenam.

Cahayanya begitu menyerupai kobaran api sehingga sebagian orang mengira ada kebakaran besar di kejauhan. Menurut Larrabee, pada akhir November 1883, laporan tentang cahaya merah di ufuk barat membuat otoritas kota membunyikan alarm kebakaran di sejumlah wilayah.

Fenomena tersebut juga menarik perhatian para seniman. Di Inggris, William Ascroft berkali-kali menggambar langit dari Chelsea. Ia membuat 533 sketsa pastel antara September 1883 dan September 1886, sebagian besar langsung berdasarkan pengamatan setelah letusan Krakatau.

Langit merah dalam lukisan The Scream pernah dianggap sebagai kenangan Edvard Munch terhadap senja setelah erupsi Krakatau.

"Aku sedang berjalan di sepanjang jalan bersama dua orang teman—kemudian Matahari terbenam, langit menjadi merah darah—dan aku merasa diliputi kesedihan," ujar Munch terkait karyanya itu.

Namun penelitian yang terbit di American Meteorological Society (2018) menunjukkan pola awan dalam lukisan Munch lebih cocok dengan awan pelangi (nacreous) yang dapat terlihat di langit Norwegia.

Jurnal ilmiah juga mulai mengumpulkan bukti bahwa fenomena tersebut berkaitan dengan letusan Krakatau. Pada 20 Desember 1883, Nature memuat laporan tentang perubahan warna Matahari terbit dan terbenam. Bukti materialnya bahkan ditemukan di Eropa. Menurut buku The Eruption of Krakatoa, and Subsequent Phenomena (1888), residu mikroskopis turun bersama hujan dan ditemukan pula dalam bentuk salju di beberapa wilayah Eropa. Ini memperkuat dugaan bahwa material letusan Krakatau telah menyebar ribuan kilometer dari sumbernya.

Bukan Abu yang Mewarnai Langit

Warna langit yang bertahan berbulan-bulan itu bukan disebabkan oleh abu vulkanik. Abu yang berukuran relatif besar dan berat memang dapat menghalangi cahaya Matahari dan menyebabkan kegelapan di sekitar sumber letusan. Sebagian besar material ini kemudian jatuh kembali ke permukaan atau tercuci oleh hujan.

United States Geological Survey (USGS) menjelaskan bahwa sulfur dioksida atau SO₂ pada konsentrasi alami tidak berwarna. Gunung api memang melepaskan gas dan uap air dalam jumlah besar, tetapi yang kemudian terlihat di atmosfer adalah partikel yang terbentuk dari gas tersebut.

Prosesnya dimulai ketika SO₂ mencapai atmosfer dan mengalami reaksi kimia dengan oksidan serta uap air. Gas yang semula transparan kemudian berubah menjadi partikel-partikel sangat kecil yang disebut aerosol sulfat. Partikel inilah yang membentuk lapisan di atmosfer dan berinteraksi dengan cahaya Matahari.

Ukuran aerosol menentukan bagaimana cahaya tersebut dihamburkan. Cahaya tampak memiliki panjang gelombang sekitar 400 hingga 700 nanometer, dari biru di sisi gelombang pendek hingga merah di sisi gelombang panjang. Ketika cahaya Matahari melewati lapisan aerosol, warna dengan panjang gelombang lebih pendek dapat mengalami hamburan lebih kuat dibandingkan warna dengan panjang gelombang lebih panjang.

Geometri pengamatan juga menentukan warna yang terlihat. Ketika Matahari berada tinggi di langit, cahaya melewati atmosfer melalui lintasan yang relatif pendek. Saat Matahari terbit atau terbenam, lintasannya menjadi jauh lebih panjang karena cahaya harus menembus atmosfer secara miring. Lebih banyak cahaya biru kemudian terhambur keluar dari jalur langsung menuju pengamat, sementara cahaya dengan panjang gelombang lebih panjang seperti merah dan jingga lebih banyak bertahan.

Karena itu, lapisan aerosol vulkanik dapat memperkuat warna merah dan jingga saat fajar atau senja. Cahaya yang mencapai mata pengamat kehilangan sebagian komponen birunya akibat proses hamburan sepanjang perjalanan. Aerosol tersebut hanya mengubah komposisi cahaya yang akhirnya sampai ke mata.

Proses inilah yang menjelaskan mengapa langit dapat memancarkan semburat merah dan jingga yang begitu kuat setelah letusan besar. Namun, saat letusan Krakatau, mengapa cahaya Matahari dan senja pada beberapa pengamatan justru tampak hijau?

Mengapa Senja Bisa Berwarna Hijau?

Warna senja merah dan jingga masih mudah dipahami. Ketika cahaya biru lebih banyak dihamburkan, warna dengan panjang gelombang lebih panjang akan lebih dominan. Namun, laporan juga mencatat Matahari dan langit senja berwarna hijau terang di berbagai tempat. Bagaimana hal itu bisa terjadi?

Penelitian Christian von Savigny dan timnya pada 2024 mencoba menjawab pertanyaan tersebut menggunakan model transfer radiatif SCIATRAN. Model ini menyimulasikan bagaimana cahaya berinteraksi dengan aerosol di stratosfer untuk mencari kondisi yang memungkinkan munculnya senja hijau.

Hasilnya menunjukkan bahwa warna hijau dapat muncul melalui fenomena anomalous scattering atau hamburan anomali. Efek ini membutuhkan kombinasi kondisi atmosfer tertentu. Dalam simulasi, senja hijau paling mungkin terbentuk ketika aerosol sulfat memiliki jari-jari median sekitar 500–700 nanometer dan distribusi ukuran yang relatif sempit. Konsentrasi aerosol juga harus cukup tinggi. Salah satu skenario yang menghasilkan efek tersebut memiliki kedalaman optik aerosol di atas sekitar 0,2. Angka ini bukan ambang universal, karena hasilnya juga bergantung pada distribusi ukuran partikel dan kondisi atmosfer lainnya.

Ozon turut memengaruhi hasil akhirnya. Gas ini memiliki pita serapan yang dikenal sebagai pita Chappuis dan dapat mengubah spektrum cahaya pada posisi Matahari yang sangat rendah. Interaksi antara hamburan aerosol, penyerapan ozon, dan geometri lintasan cahaya kemudian dapat menghasilkan semburat hijau dalam kondisi tertentu.

Model tersebut memberikan penjelasan fisik yang masuk akal untuk kesaksian tentang langit hijau setelah erupsi Krakatau. Namun, penelitian itu tidak mengukur langsung aerosol Krakatau. Distribusi ukuran partikelnya pada 1883 tidak diketahui sehingga simulasi tersebut menunjukkan bagaimana fenomena itu dapat terjadi, bukan membuktikan kondisi atmosfer Krakatau secara persis.

Letusan Pinatubo di Filipina pada Juni 1991 memberi gambaran tentang skala proses ini. NASA mencatat gunung tersebut telah dorman selama lebih dari 500 tahun sebelum mulai menunjukkan tanda-tanda aktivitas beberapa bulan menjelang letusan. Pada 12–15 Juni, serangkaian letusan mencapai puncaknya dan menghancurkan sebagian besar puncak gunung. Kolom erupsinya menjulang hingga sekitar 40 kilometer, membawa sekitar 17 juta ton sulfur dioksida ke stratosfer.

Untuk pertama kalinya, manusia dapat mengamati jejak fenomena semacam ini dengan instrumen yang jauh lebih lengkap daripada yang tersedia pada zaman Krakatau. Satelit mendeteksi penyebaran sulfur dioksida, sementara astronaut memotret cakrawala Bumi dari orbit.

Foto pembanding yang diambil pada 30 Agustus 1984 memperlihatkan atmosfer yang relatif bersih. Foto serupa pada 8 Agustus 1991, kurang dari dua bulan setelah letusan, memperlihatkan dua lapisan gelap yang membentang di atas cakrawala. Pengukuran instrumen lain menunjukkan bahwa lapisan aerosol tersebut berada terutama pada ketinggian sekitar 20–25 kilometer di stratosfer.

Dalam sekitar tiga minggu, aerosol telah menyebar mengelilingi Bumi dan mencapai cakupan global dalam waktu sekitar satu tahun. Konsentrasinya tetap jauh di atas kondisi normal selama lebih dari dua tahun. Dari orbit, proses yang dahulu hanya bisa dicatat sebagai warna aneh di langit kini terlihat sebagai lapisan partikel yang dapat diukur, dipetakan, dan dilacak pergerakannya.

Aerosol Pinatubo kemudian memperkuat warna senja di berbagai wilayah sekaligus menunjukkan bahwa perubahan optik tersebut merupakan bagian dari proses atmosfer yang jauh lebih luas.

Langit hijau yang dilihat penduduk Colombo pada 1883 dengan demikian bukanlah Matahari yang berubah warna. Itu adalah hasil interaksi cahaya dengan atmosfer yang telah diubah oleh material vulkanik. Lebih dari satu abad kemudian, Pinatubo memperlihatkan bahwa material tersebut dapat menyebar mengelilingi planet dan meninggalkan jejak yang bisa diamati dari orbit.