BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Sains Atmosfer adalah ilmu yang mempelajari proses-proses fisis, dinamis, dan

kimiawi yang terjadi di dalam atmosfer dari permukaan sampai rumbai–rumbai (fringe)

Bumi, serta kaitannya dengan proses-proses yang terjadi di bagian lain dari Bumi yang

tak tepisahkan mencakup litosfer (bumi padat), hidrosfer (lautan), kriosfer (lapisan es),

dan biosfer (aktifitas kehidupan). Bidang-bidang kajian Sains Atmosfer terdiri dari :

meteorologi fisis (mencakup fisika awan dan hujan, kelistrikan atmosfer, radiasi

atmosfer, observasi atmosfer, dan modifikasi cuaca), dinamika cuaca dan iklim

(mencakup analisis dan pemodelan sistem cuaca dan iklim, kopel proses-proses

atmosfer–laut–darat, interaksi monsun–ENSO–dipole mode, cuaca dan iklim ekstrim,

dan proses Matahari-Bumi).

Sains Atmosfer adalah proses-proses fisis dan dinamis atmosfer di atas Benua

Maritim Indonesia (BMI). Sains Atmosfer memiliki akar-akar ilmu Fisika, dan

Matematika serta ditunjang oleh IPTEK terkait dalam bidang Geosains, Astronomi,

Kimia, Elektronika, Komputasi, dan Manajemen.

Atmosfer adalah selubung gas atau campuran gas-gas, yang menyelimuti bumi.

Campuran gas-gas ini disebut udara. Di atas atmosfer disebut ruang angkasa. Ruang

angkasa adalah ruang dimana tidak ada lagi udara, bila masih ada udara atau gas maka

daerah itu masih atmosfer, karena molekul gas yang sangat ringan dapat terlepas dari

gaya tarik bumi dan beredar ke ruang angkasa sehingga membentuk lapisan atmosfer

yang menyelimuti permukaan bumi. Oleh karena itu dibuat perjanjian tentang batas

antara atmosfer dan ruang angkasa. Batas ini di Rusia, menurut A.A. Lavikov adalah

3.000 km, sedang di Amerika, menurut Arm-strong adalah 6.000 mil.

B. Tujuan

Untuk mengetahui variasi peredaran matahari

Untuk memahami radiasi di bumi dan atmosfer

Untuk memahami hubungan antara radiasi dan benda hitam

Untuk mengetahui Hukum Kirchoff tentang radiasi

Page | 1

BAB II

PEMBAHASAN

A. Variasi peredaran Matahari

Variasi Matahari adalah perubahan jumlah energi radiasi yang dipancarkan oleh

Matahari. Terdapat beberapa komponen periodik yang mempengaruhi variasi ini,

yang terutama adalah siklus matahari 11-tahunan (atau siklus bintik hitam matahari),

selain fluktuasi-fluktuasi lainnya yang tidak periodik. Aktivitas matahari diukur

dengan menggunakan satelit selama beberapa dekade terakhir setelah pada waktu

sebelumnya pengukuran dilakukan melalui variabel-variabel 'proksi'. Para ilmuwan

iklim tertarik untuk mengetahui apakah variasi matahari berpengaruh terhadap Bumi.

Variasi dalam total solar irradiance (TSI) sebelumnya tidak dapat diukur atau

dideteksi hingga era penggunaan satelit, walaupun sebagian kecil panjang gelombang

ultraviolet bervariasi beberapa persen. Output total matahari yang telah diukur

(selama 3 kali periode siklus bintik hitam 11-tahunan) menunjukkan variasi sekitar

0,1% atau sekitar 1,3 W/m2 dari maksimum ke minimum selama siklus bintik hitam

11-tahunan. Jumlah radiasi matahari yang diterima permukaan luar atmosfer Bumi

sedikit bervariasi dari nilai rata-rata 1366 watt per meter persegi (W/m2)..

Variasi peredaran matahari sangat erat hubunganya pada radiasi di bumi dan

atmosfer, karena variasi peredaran berdampak langsung terhadap intensitas radiasi

yang dipancarkan matahari ke bumi dan atmosfer. amati dan teliti gambar dibawah ini

:

Page | 2

Sebelumnya harus kita pahami bahwa bumi melakukan revolusi ( mengelilingi

matahari berdasarkan orbitnya) dimana orbit bumi itu berbentuk agak elips, seperti

yang ditunjukkan gambar di atas: jika posisi bumi berada di A, maka bumi akan

menerima intensitas radiasi matahari cukup kuat karena berada pada jarak yang relatif

dekat, akibatnya suhu di bumi terasa lebih panas. Sedangkan jika posisi bumi berada

di C, maka intensitas radiasi matahri lebih kecil dibanding di A, karena jaraknya

relatif jauh dengan matahari. Di bumi sendiri antara daerah di suatu bagian dengan

bagian yang lain menerima radiasi yang berbeda. Hal inilah yang menyebabkan

adanya perbedaan iklim di bumi. Contoh: intensitas radiasi matahri di bagian bumi

yang berada di kawasan khatulistiwa lebih kuati dibanding radiasi matahari yang

diterima di daerah kutub. Perhatikan gambar .

Warna orange merupakan radiasi sinar matahari, semakin pekat warna orangenya

maka semakin besar radiasi yang diterimanya, pada daerah khatulistiwa radiasinya

paling kuat jika dibanding daerah lainya di permukaan bumi karena berada pada jarak

paling dekat dengan matahari jika dibanding bagian bumi lainya. Anda juga dapat

melihat dari gambar, mengapa kutub selatan nyaris tidak ada kehidupan. Hal ini

dikarenakan kutub selatan hampir tidak menerima radiasi dari mathari sehingga

suhunya sangat dingin.

Dari penjelasan diatas jelaslah bagaimana pengaruh variasi radiasi matahari

terhadap bumi dan atmosfer, semakin jarak posisi suatu benda dengan sumber radiasi

maka akan semakin besar juga intensitas radiasi yang diterima, begitu juga sebaliknya

Page | 3

jika jarak benda dengan sumber radiasi semakin jauh maka semakin kecil juga

intensitas radiasi yang diterimanya..

Perlu diketahui juga bahwa radiasi matahari dalam perjalanannya melewati

atmosfer menuju permukaan bumi mengalami penyerapan (absorpsi), pemantulan,

hamburan, dan pemancaran kembali atau reradiasi sehingga intensitasnya

memungkinkan untuk kehidupan, tidak ada atmosfer yang melakukan penyerapan,

hamburan dan re-radiasi maka suhu di bumi akan sangat panas di siang hari dan

sangat dingin di malam hari, maka kemungkinan tidak akan ada kehidupan.

Absorpsi. Radiasi matahari yang jatuh diserap langsung oleh ozon dan uap air

sebanyak 18%. Ozon menyerap seluruh radiasi ultraviolet di bawah 0,29

mikrometer. Penyerapan radiasi oleh uap air terbanyak, yaitu antara 0,9

mikrometer dan 2,1 mikrometer. CO2 menyerap radiasi dengan panjang

gelombang lebih besar dari 4 mikrometer.

Pemantulan. Tutupan awan menghalangi masuknya radiasi matahari.

Banyaknya radiasi yang dipantulkan oleh awan tergantung tidak hanya pada

banyak dan tebalnya awan, tetapi juga pada macam atau jenis awan. Albedo

adalah nisbah antara energi radiasi yang dipantulkan dan energi radiasi yang

datang.

Hamburan. Radiasi matahari dihamburkan terutama oleh molekul udara, uap air,

dan partikel di dalam atmosfer.

Spektrum radiasi matahari yang sampai di permukaan tergantung beberapa

parameter atmosfer. Diantaranya massa udara (air mass), precipitable water,

turbiditas, elevation, dan NO2. Sedangkan parameter yang lain, misalnya ozon,

temperatur dan musim memiliki efek yang kecil.

B. Radiasi di Bumi dan Atmosfer

Radiasi di atas atmosfer berasal dari matahari, bintang-bintang ataupun dari planet-

planet lain. Radiasi ini berupa gelombang-gelombang elektromagnetik. Seperti yang

sudah dijelaskan di atas Bumi kita diselubungi oleh suatu atmosfer yang dapat

menahan atau mengabsorbsi sinar-sinar radiasi tersebut, sehingga sampai di

permukaan bumi tidak lagi membahayakan. Lapisan ozon mempunyai daya untuk

mengabsorbsisinar ultra violet sehingga hanya jumlah kecil saja dari sinar tersebut

yang sampai di permukaan bumi, di samping itu atmosfer juga memantulkan kembali

Page | 4

radiasi dari beberapa gelombang elektromagnetik. Jadi intensitas radiasi akan makin

meningkat bila kita naik ke atas atmosfer, sedangkan radiasi yang intensitasnya tinggi

membahayakan tubuh manusia.

Pada radiasi sinar matahari ke bumi erat kaitanya dengan efek rumah kaca, efek

rumah kaca dalam hal ini memiliki arti bahwa radiasi sinar matahari yang menembus

lapisan atmosfer akan terperangkap di bumi yang diselimuti lapisan atmosfer.

Dari gambar di atas dapat kita lihat radiasi sinar matahari sebagian menembus lapisan

atmosfer dan sebagian lagi dipantulkan kembali oleh lapisan atmosfer, radiasi yang

menembus lapisan atmosfer tadi akan akan dipantulkan oleh permukaan bumi dan

kemudian dan sebagian terperangkap di atmosfer sehingga suhu di permukaan bumi

terasa hangat.

Namun semakin maju peradaban manusia semakin banyak kegiatan-kegiatan yang

menghasikan emisi gas yang mengganggu komposisi pada lapisan atmosfer, akibatnya

lapisan atmosfer sudah tidak seimbang. Akibatnya radiasi sinar matahari yang

dipantulkan oleh permukaan bumi sebagian besar tidak akan mampu menembus

konsentrasi gas dilapisan atmosfer yang sudah tidak seimbang tersebut, akibatnya

radiasi yang dipantulkan permukaan bumi tidak mampu menembus kembali lapisan

atmosfer tersebut sehingga suhu di permukaan bumi akan meningkat dan

menyebabkan terjadinya pemanasan global, dan tentu saja masih banyak efek lain yang

disebabkan akibat efek rumah kaca ini.

Page | 5

C. Benda hitam

Pada dasarnya setiap benda mempunyai kemampuan menerima dan memancarkan

kembali suatu radiasi, namun kemampuan masing – masing benda dalam menyerap

dan memancarkan radiasi berbeda dan tergantung pada beberapa faktor diantaranya :

temperatur, sudut elevasi emisi, dan panjang gelombang radiasi. Kemampuan suatu

bahan untuk menyerap radiasi dinamakan sebagai emisivitas (ε). Benda hitam

merupakan penyerap radiasi yang baik sekaligus pemancar radiasi yang buruk

sedangkan benda putih mengkilap merupakan pemancar radiasi yang baik. Benda

dikatakan hitam sempurna bila seluruh radiasi yang datangi kepadanya terserap

semuanya tanpa sedikitpun yang terpancar kembali. Benda hitam mempunyai

emisivitas = 1 sedangkan benda mengkilap mempunyai emisivitas = 0. besarnya

intensitas radiasi yang dipancarkan benda bergantung pada sifat bahan (emisivitas)

dan suhunya. Sering diasumsikan dalam dunia teknik bahwa emisivitas tidak

bergantung pada panjang gelombang, sehingga emisivitas konstan. Hal ini dikenal

dengan istilah "asumsi benda abu-abu". Ketika menyinggung tentang permukaan

benda yang tidak hitam, deviasi dari ciri khas benda hitam ditentukan oleh

struktur geometridan komposisi kimia, dan mengikuti  hukum Kirchoff tentang

radiasi termal: emisivitas setara dengan rasio penyerapan energi (untuk benda pada

equilibrium termal), sehingga objek yang tidak menyerap semua energi cahaya yang

meradiasinya tidak akan meradiasikan energi yang sama banyak dengan benda hitam

ideal.

Sedangkan Emisivitas atmosfer bumi bergantung pada keadaan awan yang

menutupi permukaan bumi dan komposisi gas yang menyerap dan melepaskan energi

dalam bentuk inframerah panas ( panjang gelombang antara 8 hingga

14 mikrometer ). Gas-gas ini umum disebutgas rumah kaca, dan mereka mempunyai

hubungan kuat dengan efek rumah kaca tadi. Gas rumah kaca yang utama

diantaranya uap air,karbon dioksida, metana, dan ozon. Komposisi utama atmosfer,

N2 dan O2, tidak menyerap dan meradiasikan inframerah panas.

D. Hukum Kirchoff tentang radiasi

Seperti yang sudah dijelaskan di atas bahwa besarnya daya serap radiasi sangat

dipengaruhi beberapa faktor salah satunya adalah warna permukaan benda, hal ini

dijelaskan dalam hukum Kirchoff tentang radiasi yang mengatakan bahwa pada benda

Page | 6

hitam sempurna besarnya daya serap (absorbtivity) berbanding lurus dengan daya

pancar (emisivity). Secara matematika dirumuskan sebagai :

α λ=ελ

Artinya “jika ada sebuah benda yang hitam sempurna maka benda tersebut

dapat menyerap seluruh radiasi yang datang padanya dan dapat meradiasikan

kembali seluruh radiasi yang datang padanya tadi”. Itulah sebabnya mengapa benda

hitam memiliki emisivitas paling tinggi.

Page | 7

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan

Variasi Matahari adalah perubahan jumlah energi radiasi yang dipancarkan oleh

Matahari.

Radiasi matahari dalam perjalanannya melewati atmosfer menuju permukaan

bumi mengalami penyerapan (absorpsi), pemantulan, hamburan, dan pemancaran

kembali atau reradiasi.

Besarnya intensitas radiasi matahari yang diterima sangat bergantung pada jarak

terhadap sumber radiasi ( Matahari ).

Daerah khatulistiwa menerima radiadi lebih kuat jika dibanding daerah kutub,

karena jaraknya lebih dekat dengan matahari.

Radiasi matahari yang melewati lapisan atmosfer dan terperangkap didalamnya

akan menimbulkan efek rumah kaca.

Efek rumah kaca merupakan radiasi sinar matahari yang menembus lapisan

atmosfer kemudian terperangkap sehingga menyebabkan suhu di permukaan bumi

meningkat.

Efek rumah kaca terjadi akibat kegiatan kehidupan yang menghasilkan emisi yang

kemudian mengganggu keseimbangan komposisi atmosfer.

Komposisi atmosfer yang tidak seimbang menyebabkan radiasi matahari yang

terperangkap di atmosfer semakin besar, sehingga menimbulkan pemanasan

global.

Benda hitam merupakan penyerap radiasi yang sempurna dan juga pemancar

radiasi yang buruk, sebaliknya benda mengkilap ( putih misalnya) memiliki daya

serap radiasi yang buruk tetapi mampu memancarkan radiasi dengan baik.

Hukum Kirchoff tentang radiasi dinyatakan sebagai berikut :

Keterangan :

α=absorbsi ( penyerapan )

ε=emisivitas

B. Kritik / saran

Page | 8

Harus menjelaskan keterkaitan antara masing – masing variabel.

Divariasikan dengan gambar – gambar kemudian dijelaskan secara rinci

maksud gambar tersebut.

Dipresentasikan dengan powerpoint yang menarik yang dilengkapi dengan

gambar – gambar.

Menyertakan contoh soal pada rumus – rumus. ( Musanni, Spd. )

DAFTAR PUSTAKA

1. Weart, Spencer (2006), "Changing Sun, Changing Climate?", di dalam Weart, Spencer,

The Discovery of Global Warming, American Institute of Physics, diakses pada 14 April

2007

2. AFM 160-5. Physiological technician's Training Manual. Department of the Air Force,

Washington D.C., 1968.

3. AFP 161-16. Physiology of Flight. Department of the Air Force, WashingtonD.C., 1968.

4. AFP 161-18. Flight Surgeon Guide. Department of The Air Force, Washington D.C. ,

1968

5. Armstrong HG. Aerospace Medicine. The Williams and Wilkins Baltimore;1961.

6. Davidovic, Vaazduhoplovna Fiziologija. Osnovi Vazduhoplovne Medicine, Beograd.

1965

Page | 9