Mengapakah Jalan Raya Kelihatan Berair pada Hari Panas?

Ketika melalui jalan raya yang panjang pada tengah hari, kita mungkin ternampak kawasan berkilauan di hadapan seolah-olah ada air di atas permukaan jalan. Namun, apabila kita semakin menghampirinya, lopak yang disangka wujud itu seakan-akan menghilang.

Fenomena ini dikenali sebagai logamaya inferior. Ia berkaitan dengan perubahan arah perambatan cahaya apabila cahaya melalui udara yang berbeza suhu.

Jalan raya memanaskan udara berhampirannya

Pada hari yang cerah, permukaan jalan menyerap sebahagian tenaga daripada sinaran Matahari dan boleh menjadi jauh lebih panas daripada udara di sekelilingnya. Haba daripada permukaan itu berpindah kepada udara yang bersentuhan dengannya, jadi lapisan udara berhampiran jalan menjadi lebih panas berbanding udara yang lebih tinggi. Dalam keadaan tekanan yang hampir sama, udara yang lebih panas lazimnya mempunyai ketumpatan lebih rendah, lalu lapisan udara itu juga mempunyai sifat optik yang sedikit berbeza. Perbezaan inilah yang penting, kerana kelajuan perambatan cahaya dalam sesuatu bahan berkait dengan indeks biasannya.

Apakah indeks biasan?

Indeks biasan ialah kuantiti yang menerangkan hubungan antara kelajuan cahaya dalam vakum dengan kelajuannya dalam sesuatu medium, iaitu n = c / v. Di sini n ialah indeks biasan medium, c kelajuan cahaya dalam vakum dan v kelajuan cahaya dalam medium itu.

Indeks biasan udara sangat hampir kepada 1, tetapi nilainya berubah sedikit mengikut suhu, tekanan dan komposisi udara. Dalam keadaan tekanan dan komposisi yang hampir sama, udara yang lebih panas biasanya mempunyai indeks biasan lebih rendah daripada udara yang lebih sejuk. Perbezaan yang amat kecil ini pun boleh mengubah arah cahaya dengan ketara apabila kecerunan suhu cukup besar.

Bagaimanakah cahaya boleh melengkung?

Kita sering belajar bahawa cahaya bergerak dalam garis lurus, dan pernyataan itu benar apabila cahaya melalui medium yang seragam. Apabila indeks biasan berubah mengikut kedudukan, arah perambatan cahaya juga boleh berubah, dan perubahan arah ini dikenali sebagai pembiasan.

Bayangkan cahaya dari langit bergerak menuju kawasan udara panas berhampiran jalan. Apabila cahaya melalui lapisan udara yang indeks biasannya semakin rendah ke arah permukaan jalan, laluannya membengkok secara beransur-ansur. Dalam keadaan yang sesuai, cahaya itu melengkung ke atas ketika melalui lapisan udara panas berhampiran jalan, lalu memasuki mata pemerhati tanpa perlu menyentuh permukaan jalan. Oleh sebab perubahan indeks biasan berlaku sedikit demi sedikit, laluan cahaya berbentuk lengkung dan bukannya garis lurus yang tiba-tiba bertukar arah.

Mengapakah kita menyangka ada air?

Otak kita lazimnya mentafsir cahaya yang memasuki mata seolah-olah cahaya itu datang melalui laluan lurus. Apabila cahaya dari langit dibelokkan ke atas oleh lapisan udara panas, mata menerima cahaya itu dari arah berhampiran permukaan jalan, lalu otak mentafsirkannya sebagai imej yang terletak di kawasan jalan. Jika cahaya itu berasal dari langit yang cerah atau kebiruan, kawasan berkenaan boleh kelihatan seperti lopak yang memantulkan langit. Kadangkala imej objek jauh juga kelihatan terbalik atau berubah bentuk.

Imej itu bukan objek sebenar di atas jalan, tetapi imej optik yang terbentuk akibat pembiasan cahaya. Logamaya inferior dinamakan demikian kerana imej yang terhasil kelihatan berada di bawah kedudukan sebenar objek yang menghasilkan cahaya itu.

Mengapakah lopak itu kelihatan menghilang?

Apabila pemerhati bergerak menghampiri kawasan yang kelihatan berair, sudut pandangannya terhadap jalan berubah. Laluan cahaya yang tadi menghasilkan imej logamaya mungkin tidak lagi memasuki mata dengan cara yang sama, lalu imej itu berubah kedudukan atau tidak kelihatan. Selagi suhu dan sudut pemerhatian masih sesuai, pemerhati mungkin melihat kawasan berkilauan yang lain lebih jauh di hadapan. Ini tidak bermakna air sedang menyejat dengan sangat cepat. Yang berubah ialah geometri pemerhatian dan laluan cahaya yang sampai ke mata.