Materi

Langit mempunyai warna yang banyak dan sangat indah. Tidak hanya warna senja seperti gambar di atas, ada pula warna-warna pelangi, fajar, dll. Selain itu ternyata setiap orang mempunyai kesan warna yang berbedabeda.
Dalam bab ini kalian akan mengetahui bagaimana warna-warna tersebut terbentuk, dari mulai mengapa langit biru? Mengapa langit senja dan pelangi punya banyak warna? Bagaimana sebenarnya mata manusia bisa mengenali warna? Bagaimana fenomena Matahari kembar bisa terbentuk? Bagaimana seorang muslim memaknai warna langit sebagai waktu salat? Mari cari tahu!

Warna bisa dikenali jika benda terlihat dengan jelas. Benda bisa terlihat jika ada cahaya datang ke mata yang berasal dari benda tersebut. Datangnya cahaya bisa dengan beberapa cara, seperti benda menghasilkan cahaya sendiri, benda memantulkan cahaya, dll. Bagaimana perjalanan cahaya sampai membentuk persepsi warna dan bentuk di otak? Mari pelajari mata!

Saat cahaya tiba di retina (1), cahaya akan diterima oleh fotoreseptor (saraf penerima cahaya). Di dalam fotoreseptor terdapat dua jenis sel, yaitu sel batang dan sel kerucut (2). Sel batang bertanggung jawab saat mata menerima cahaya yang sangat redup, sedangkan pada sel kerucut bertugas menangkap sinar berwarna. Setelah ditangkap di sel kerucut dan sel batang, cahaya kemudian diteruskan ke saraf (3). Dari sel sel saraf yang ada di mata selanjutnya diteruskan (4) ke sistem saraf utama yaitu otak (5).
Terdapat tiga jenis sel kerucut: yaitu sel kerucut penerima sinar biru, hijau, dan merah. Kondisi mata tidak bisa membedakan beberapa warna dinamakan buta warna. Kelainan tersebut diakibatkan oleh berkurangnya fungsi salah satu jenis sel kerucut. Jika terjadi kelainan pada sel batang, mata akan sulit melihat saat berada di lingkungan yang redup. Kelainan ini dinamakan rabun senja.

Kamu tahu, ternyata warna itu sangat beragam dan setiap benda memiliki warnanya masing-masing tidak hanya biru, hijau, atau merah saja seperti yang dimiliki oleh sel kerucut. Lalu bagaimana mata bisa mengenali banyak warna? Mari kita main lagi! Apakah kalian ingin mengetahui apa kalian buta warna atau tidak? Coba kerjakan tes buta warna pada akhir bab.

Kali ini kita akan memainkan permainan simulasi gabung warna. Instal dua aplikasi ini. Java : https://java.com/en/
Permainan : https://phet.colorado.edu/en/simulation/color-vision
Tugasmu adalah menjadikan orang yang berada di permainan ini melihat warna-warna pada tabel di bawah dengan cara mengatur jumlah sinar pada senter biru, merah, dan hijau. Jika sudah menemukan kombinasi warna yang tepat tuliskan pada kolom “Kombinasi Warna”.

Dari hasil pengamatan, bisa disimpulkan bahwa benda yang terlihat berwarna jingga, benda tersebut memantulkan warna jingga. Selain itu dari hasil permainan tersebut bisa simpulkan pula “hitam bukan warna”. Hal ini karena hitam merupakan kondisi tidak ada cahaya yang masuk ke mata. Sebaliknya putih merupakan gabungan seluruh warna.

Pada siang hari, kalian pasti tidak ingin berdiam lama-lama di bawah terik Matahari karena kepanasan. Panas yang dirasakan tubuh merupakan bukti bahwa cahaya yang di terima tubuh sebagai transfer panas (energi) yang dilakukan oleh Matahari ke Bumi dengan cara radiasi. Radiasi adalah transfer energi langsung dari sumber energi baik melalui media rambat ataupun tidak. Cahaya merupakan salah satu wujud energi. Saat energi berpindah biasanya dalam bentuk gelombang. Jadi bisa dikatakan bahwa gelombang adalah energi yang merambat. Pada bab pertama sudah dibahas bahwa nilai energi benda ditentukan dari getaran benda itu sendiri. Sehingga banyak buku lain mendefinisikan gelombang adalah getaran yang merambat.

Energi bisa merambat melalui benda (media rambat) ataupun tidak. Jenis gelombang yang memerlukan media rambat untuk berpindah adalah gelombang mekanik (A). Contohnya seperti gelombang bunyi (suara). Bunyi merabat melalui udara, jika tidak ada udara yang merambatkannya maka bunyi tidak akan terdengar. Gelombang elektromagnetik (B) adalah jenis gelombang yang tidak harus melalui media rambat, contohnya cahaya. Radiasi cahaya dari Matahari melalui 150 juta km ruang hampa udara untuk sampai ke Bumi. Oleh karena itu radiasi adalah cara Matahari mentransfer energinya ke Bumi.

Cahaya digambarkan sebagai partikel yang bergerak sambil bergetar, sehingga menghasilkan pola gelombang yang menggambarkan sebuah gunung, lembah, dan simpul di antara gunung dan lembah. Saat membicarakan gelombang kita tidak akan lepas dengan istilah panjang gelombang (λ) dan frekuensi (f). Panjang untuk membentuk satu getaran penuh (melingkupi satu gunung dan satu lembah), baik itu jarak antara dua puncak gunung berdekatan, jarak antara dua ujung lembah atau pun jarak antara 3 simpul (Gambar 3.6) adalah panjang satu gelombang (λ). Sedangkan frekuensi (f) adalah jumlah gelombang dalam satu detik (Hz). Misalkan satu kotak hitam pada Gambar 3.6. di atas adalah satu detik, maka pada gelombang ungu terjadi 4,5 gelombang dalam satu detik, maka frekuensinya 4,5 Hz (Hertz).
Nilai energi gelombang elektromagnetik (GEM) Bergantung pada panjang gelombang dan frekuensinya. Semakin banyak gelombang yang masuk dalam satu waktu, maka semakin tinggi energi gelombang tersebut. Gelombang elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang pendek justru memiliki energi besar. Sebaliknya cahaya dengan frekuensi rendah memiliki energi rendah. Jadi cahaya dengan panjang gelombang pendek justru frekuensinya tinggi.

Matahari terbenam merupakan objek yang sangat indah. Proses terbenam Matahari bisa kamu lihat jika berada di pegunungan atau pantai yang menghadap ke barat. Apakah kamu tahu bahwa Matahari bukan berada pada posisi yang sedang kamu lihat? Mari kita coba membelokkan cahaya!

Buat kelompok beranggotakan 4-6 orang.
Peralatan yang disediakan (tersedia di KIT IPA Optik) :

Prosedur percobaan :

  1. Lakukan percobaan di tempat redup
  2. Susun peralatan sesuai Gambar 3.8 (sambungkan lampu pada catu daya)
  3. Buat garis saling tegak lurus dan garis yang bernilai derajat pada kertas
    HVS menggunakan busur derajat seperti Gambar 3.9.
  4. Letakkan kertas tersebut di atas meja optik
  5. Letakkan kaca plan paralel tepat pada garis yang telah dibuat pada HVS.
  6. Hubungkan catu-daya ke stop kontak (dalam kondisi padam).
  7. Set pada 9 V (DC), kemudian nyalakan.
  8. Naik-turunkan lampu, hingga garis sinar terlihat jelas pada kertas.
  9. Geser kertas hingga sinar datang berimpit dengan garis bersudut 20°
  10. Tandai kertas di mana cahaya diteruskan oleh kaca plan paralel di bagian belakang kaca plan paralel seperti Gambar 3.10.
  11. Ulangi dari langkah pada sudut yang lain.
  12. Angkat plan paralel dari kertas kemudian buat garis dari titik pertemuan sinar (tengah kertas) dengan masing-masing tanda.
  13. Ukurlah sudut masing-masing garis tersebut terhadap garis tegak lurus plan paralel (sudut bias). Catat nilai sudut bias pada tabel di bawah.

Salah satu sifat cahaya adalah merambat lurus. Itulah mengapa berkas sinar akan terus merambat lurus pada benda yang ditujunya. Kecepatan cahaya merupakan nilai kecepatan tertinggi di alam semesta. Cahaya memiliki kecepatan 3×10^8m/s saat di vakum. Oleh karena itu cahaya mampu mengelilingi Bumi 8 kali hanya dalam 1 detik. Namun saat melewati medium, kecepatannya melambat. Perbandingan kecepatan cahaya saat di vakum dan saat di medium ini dinamakan indek bias. Contohnya saat memasuki medium air, cahaya memiliki kecepatan 2,26.10^8m/s, maka:

Selain mengalami perlambatan, cahaya akan mengalami pembelokan saat memasuki medium dengan indeks bias berbeda (Coba-Coba 3.2). Fenomena ini dinamakan refraksi (pembiasan). Begitu pula dengan sinar Matahari, akan mengalami refraksi saat memasuki atmosfer Bumi. Saat sore hari, sinar Matahari datang dari dekat ufuk yang akan melewati udara lebih rapat (dekat permukaan Bumi). Sinar Matahari semakin terbelokkan. Sebagai efek adanya atmosfer di Bumi, Matahari akan terlihat berada di atas ufuk meskipun nyatanya Matahari sudah tenggelam (Matahari terlihat memiliki posisi yang lebih tinggi). Untuk umat islam, waktu magrib adalah terlihatnya Matahari tenggelam. Sehingga perlu ada koreksi terhadap hitungan astronomi dalam penentuan waktu salat magrib. Jika Matahari masih terlihat tetapi azan magrib sudah berkumandang berarti ada kesalahan pada jam di masjid tersebut.

Untuk menjelaskan fenomena Matahari kembar seperti gambar di atas. Mari memantulkan cahaya dengan benda bening, Bagaimana caranya? Ayo coba lagi!

Buat kelompok beranggotakan 4-6 orang.
Peralatan yang disediakan (tersedia di KIT IPA Optik) :

Prosedur percobaan :

  1. Lakukan percobaan di tempat yang redup.
  2. Susunlah peralatan sesuai Gambar 3.16 (sambungkan lampu pada catu daya).
  3. Dengan menggunakan busur derajat, buat garis silang saling tegak lurus dan garis yang bernilai derajat pada HVS seperti Gambar 3.17.
  4. Letakkan kertas tersebut di atas meja optik.
  5. Letakkan lensa setengah lingkaran pada garis yang dibuat pada HVS.
  6. Hubungkan catu daya ke stop kontak (dalam kondisi padam).
  7. Set pada 9 V (DC), kemudian nyalakan.
  8. Kondisikan lampu, garis sinar terlihat jelas pada kertas.9)
  9. Putar dan geser kertas hingga sinar bias pada lensa setengah lingkaran berimpit dengan garis yang bersudut 15°. Jadi bukan sinar datang yang bernilai 15°, sehingga kamu harus mengatur kertas sedemikian rupa sehingga sinar bias sesuai dengan sudut yang diminta.
  10. Percobaan kali ini cukup perhatikan, apakah sinar yang telah melewati lensa “terbiaskan” atau “terpantulkan” di udara di belakang lensa?
  11. Tuliskan keterangan tersebut pada tabel di bawah.

Coba-Coba 3.3. bisa dikatakan lawan dari percobaan sebelumnya. Jika pada percobaan sebelumnya sudut sinar yang tadinya besar menjadi kecil, sekarang karena kita memperhatikan sinar dari lensa menuju udara sehingga sudut sinar yang tadinya kecil menjadi besar (A). Jika semakin besar sudut yang dipakai, maka sudut sinar selanjutnya akan bertambah besar. Dengan sifat pembiasan cahaya ini pada sudut tertentu cahaya akan memantul sempurna (C), sehingga tidak ada cahaya yang diteruskan oleh lensa ke udara. Saat sinar bias sejajar dengan bidang (B), sudut yang digunakan dinamakan sudut kritis. Coba saat kalian eksperimen berlangsung (Coba-Coba 3.3) cari sudut kritis antara lensa dan udara.

Fenomena Matahari kembar atau ada yang menyebutnya sundog merupakan salah satu kejadian yang sama dengan percobaan kalian di atas. Matahari kembar hanya terjadi di iklim sejuk (perbatasan sub tropis dan kutub) seperti negara Kanada dan Rusia. Dengan suhu yang relatif sangat rendah, di wilayah ini memungkinkan butiran air di atmosfer berbentuk butiran-butiran kristal segi enam, sehingga dengan efek refraksinya atmosfer diibaratkan cermin yang bisa memantulkan cahaya Matahari. Orang yang berada di wilayah tersebut akan melihat dua atau tiga sumber cahaya selain Matahari (sundog) yang sebenarnya cahaya dari Matahari yang dibelokkan (pemantulan sempurna) oleh atmosfer. Untuk membedakan cukup mudah, Matahari yang lebih terang adalah Matahari yang asli, sedangkan Matahari yang redup merupakan pantulan (refraksi lebih dari sudut kritis) oleh kristal es di atmosfer. Selain membuat Matahari menjadi terlihat bukan pada posisinya dan menjadi banyak, pembiasan ini membuat cahaya Matahari berwarna-warni. Bagaimana hal itu bisa terjadi. Mari pelajari asal-usul pelangi!

Tentunya waktu kecil kalian pernah menyanyikan lagu berjudul “Pelangi-pelangi” karya AT. Mahmud. Coba kalian selidiki informasi apa yang kita bisa dari lagu tersebut?

Buat kelompok beranggotakan 4-6 orang.

Peralatan yang diperlukan :

  • Prisma Newton
  • Kardus bekas (ukuran HVS)
  • 1 set Pensil Warna
  • 2 kertas HVS
  • Penggaris

Prosedur percobaan :

  1. Kondisikan ruangan segelap mungkin dan dekat jendela
  2. Lubangi kardus tersebut secara melintang vertikal (Gambar.3.22)
  3. Satu kertas HVS jadikan alas di dalam kardus, satu kertas HVS lain lipat dijadikan layar kemudian lipat kembali supaya bisa berdiri tegak.
  4. Buka sedikit jendela sebagai sumber cahaya, pastikan posisi lubang kardus menerima sinar Matahari.
  5. Posisikan prisma di dalam kardus, sehingga mengenai sinar Matahari.
  6. Putar prisma hingga memunculkan pola spektrum, seperti Gambar 3.24.
  7. Buat garis sepanjang sinar datang dengan pensil, dan garis pada sinar spektrum sesuai warna sinar dengan pensil warna (Gambar 3.23).
  8. Buatlah “Garis Sejajar Sinar Datang” dari titik munculnya spektrum warna (Gambar 3.24).
  9. Urutkan sinar dengan pembelokan paling tajam hingga sinar yang cukup lurus. Isikan pada tabel 3.6.

Salah satu hakikat benda bisa terlihat adalah karena memantulkan cahaya. Bagaimana benda terlihat berwarna? Cahaya Matahari yang beragam warna tersebut saat mengenai benda, ada warna yang diserap ada pula yang tidak. Contohnya tumbuhan umumnya memiliki zat hijau daun (memiliki pigmen hijau), sehingga tumbuhan akan menyerap warna selain hijau, warna hijaunya sendiri dipantulkan ke mata.

Media yang dipakai pada eksperimen di atas adalah prisma. Pembelokan (refraksi) ini dilakukan pertama kali oleh Sir Isaac Newton yang menemukan bahwa cahaya putih dari Matahari merupakan gelombang elektromagnetik yang bersifat polikromatik (banyak warna). Cahaya ini dinamakan Cahaya Tampak karena jenis cahaya yang bisa dilihat mata manusia. Cahaya Tampak terdiri dari 7 warna monokromatik, yaitu merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu.

Kamu sudah tahu bahwa cahaya dengan panjang gelombang yang panjang (merah) justru energinya kecil, sedangkan cahaya dengan panjang gelombang yang pendek (merah) energinya besar. Berarti gelombang cahaya yang membentuk violet, nila, dan biru memiliki tingkat energi yang lebih tinggi daripada kuning, jingga, dan merah. Kecepatan cahaya berkurang sedikit ketika menuju prisma menyebabkan cahaya berbelok. Tingkat energi setiap cahaya menentukan besarnya pembelokan (tingkat refraksi) yang dialami cahaya. Gelombang dengan energi kecil mengalami refraksi sedikit, sedangkan gelombang energi tinggi akan berbelok lebih tajam. Hasilnya adalah cahaya putih dipecah (dispersi cahaya) menjadi warna pelangi. Pelangi adalah hasil dari sinar Matahari yang dibiaskan oleh partikel air hujan.

Saat Matahari menyinari molekul air hujan, sebagian sinar Matahari mengalami refraksi (pembiasan) pada molekul air dan mengalami pemantulan sempurna (Coba-Coba 3.3). Dengan pemantulan sempurna ini, molekul air bisa menguraikan sinar Matahari dengan sangat baik. Pada Gambar 3.28 terlihat molekul air yang berada di atas, cahaya merah akan datang dari molekul air tersebut karena cahaya tidak terlalu dibelokkan dibandingkan sinar warna lain. Sinar warna biru dipancarkan oleh molekul air yang berada di bawahnya. Oleh karena itu urutan warna pelangi Merah- Jingga – Kuning – Hijau – Biru – Nila – Ungu. Untuk membuktikan konsep tersebut mari kita membuat pelangi!

 

Ket : Lakukan percobaan ini di luar ruangan pada pagi atau sore hari.

Peralatan:  Sumber air (kran air), selang air, kran penyemprot air cuci motor.

Prosedur percobaan.

  1. Susun semua peralatan dari mulai selang air yang disambungkan dengan kran air, dan di ujung selang lainnya dipasangkan pada kran air untuk cuci motor.
  2. Pastikan kran untuk cuci motor dalam mode rintik air kecil.
  3. Posisikan tubuh kamu membelakangi Matahari.
  4. Semprotkan butiran air dengan menggunakan kran tersebut.
  5. Coba amati pola warna yang terbentuk di sekitar butiran air tersebut?

Semua warna dari mulai merah hingga ungu terdapat pada sinar “putih” Matahari. Namun mengapa langit berwarna biru seperti yang dikatakan lagu pelangi-pelangi? Mengapa saat senja langit bisa mempunyai tiga warna? Mari kita pelajari Hamburan Cahaya!

Langit terlihat biru saat siang hari. Namun terlihat hitam saat malam. Hal ini akibat adanya hamburan cahaya oleh langit. Untuk lebih mengerti apa maksud dari hamburan, mari kita mewarnai air.

Peralatan yang disediakan: (Lakukan percobaan di tempat yang redup) Laser hijau, laser merah, laser biru, senter, gelas ukur 500 ml (kaca), susu kental krim 1 kemasan kecil.

Prosedur percobaan.

  1. Tuangkan air bening pada gelas ukur
  2. Tembakkan laser hijau ke air tersebut
  3. Apakah terlihat sinar hijau di air? “ya”,“kurang”, atau “tidak” tuliskan pada tabel di bawah.
  4. Coba sinar merah, biru , dan senter, apakah terlihat sinarnya atau tidak?
  5. Campurkan susu kental krim ke dalam air tersebut.
  6. Tembakkan satu-persatu kembali laser tersebut, apakah mengubah warna air susu tersebut? Tuliskan pada tabel 3.7.

Hamburan cahaya adalah peristiwa penyebaran dan penyerapan cahaya yang dilakukan oleh medium yang dilewatinya. Sebagai contoh: laser hijau saat melewati air. Selain ada cahaya yang memang bergerak lurus, ada pula cahaya hijau yang tersebar dan datang ke arah mata. Jadi mata bisa melihat sinar warna hijau yang merambat lurus (terhambur).

Besar nilai hamburan dan penyerapan sinar satu dengan sinar lain yang panjang gelombang berbeda pada medium yang sama. Seperti pada percobaan di atas tidak semua sinar terhambur dengan baik di air. Ukuran partikel medium dan panjang gelombang sinar berpengaruh terhadap nilai hamburan. Di atmosfer terdapat molekul-molekul udara yang jauh lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya yang dipancarkan oleh Matahari. Saat cahaya Matahari memasuki atmosfer, cahaya Matahari mulai terhamburkan (menyebar) ke segala arah karena bertabrakan dengan molekul udara berukuran kecil. Jenis hamburan yang terjadi saat partikel udara lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya Matahari adalah hamburan Rayleigh. Panjang gelombang pendek (biru) lebih efektif terhambur oleh hamburan Rayleigh. Saat cahaya Matahari pertama kali datang masuk ke atmosfer gelombang cahaya violet tersebar, tetapi tempat tersebarnya sangat tinggi di atmosfer dan tidak mudah dilihat. Selanjutnya, gelombang cahaya biru terhambur pada ketinggian lebih rendah. Hamburan cahaya biru ini empat kali lebih kuat dari gelombang lain. Sehingga langit pada siang hari tampak biru sebagai efek dari hamburan Rayleigh.

Panjang gelombang merah (lebih panjang) merambat lurus ke langit sore menempuh udara yang rapat dekat permukaan Bumi (Gambar 3.32.a) . Saat cahaya bertemu dengan partikel udara yang ukurannya hampir sama dengan panjang gelombang cahaya Matahari, maka cahaya akan menghambur. Namun hamburan ini lebih efektif pada panjang gelombang merah. Hamburan ini dinamakan Hamburan Mie. Sehingga warna merah terlihat di dekat cakrawala saat sore atau pagi hari di belahan Bumi lain.
Lalu mengapa awan saat siang berwarna putih tidak biru? Coba kalian lihat kembali Tabel 3.6. Hamburan laser pada air dan susu. Dari data tersebut bahwa air susu bisa menghamburkan dengan baik semua laser, baik laser biru, hijau, merah maupun senter. Sama halnya dengan awan, ukuran molekul-molekul es di awan lebih besar daripada panjang gelombang cahaya tampak. Akibatnya semua panjang gelombang cahaya dari warna biru sampai merah dihamburkan, sehingga tidak ada warna yang mendominasi dan semua warna kembali bergabung menjadi warna putih. Hamburan semacam ini dinamakan hamburan non selektif.

Langit sore sangat indah karena terdapat banyak warna, yaitu merah, merah muda, kuning, dan beragam warna biru di langit. Namun apakah kalian memperhatikan warna langit saat sore hari? Bahkan jika awan sudah berwarna gelap dan Matahari sudah tenggelam, ternyata langit masih terlihat terang. Langit saat senja menampakkan 5 warna, yaitu : merah, merah muda, kuning, biru, dan hitam. Mengapa tampak demikian?
Penampakan langit saat sore hari merupakan efek dari dua sifat cahaya, yaitu cahaya bisa dibelokkan, dan cahaya bisa dihamburkan. Saat sore hari, Matahari berada di ujung langit sebelah barat (pagi di timur). Bagian-bagian atmosfer bagi menjadi tiga kategori, yaitu: A untuk langit yang sangat tinggi; B untuk ketinggian langit menengah yaitu tempat awan menengah dan tinggi berada; dan C bagian atmosfer tempat awan hujan berada (Gambar 3.36).

Saat sinar Matahari yang melewati bagian atmosfer A dengan udara lebih tipis, cahaya dengan panjang gelombang pendek (biru) akan terhamburkan (hamburan Rayleigh) dan tampak hitam bagi langit yang jauh dari ufuk barat. Oleh karena itu langit akan tampak biru tua saat sore dan hitam bagian atasnya. Untuk sinar Matahari yang melewati atmosfer B, cahaya biru sangat sedikit terhambur karena banyak dihamburkan sebelumnya oleh partikel udara yang lebih rapat. Akibatnya warna awan tampak putih dan kuning untuk daerah yang lebih malam. Untuk cahaya Matahari yang melewati bagian atmosfer C, cahaya akan terbelokkan lebih awal, sehingga warna ufuk (cakrawala) menjadi kuning dan warna awan bagian bawah tampak merah tua. Akibatnya tampaklah langit dengan empat warna secara berurutan, yaitu hitam, biru, kuning, jingga, merah. United State Naval Observatory (USNO) mengategorikan senja menjadi tiga sebelum langit dikategorikan malam gelap, yaitu :

  1. Senja Sipil Senja sipil dimulai sejak Matahari tenggelam hingga ±23 menit setelahnya (Matahari berada 6° di bawah cakrawala). Secara visual garis Cakrawala (ufuk) berwarna kuning dan jika ada perahu yang mendekati dermaga masih terlihat jelas. Selain itu langit masih bisa menampakkan warna biru cerah, tapi terkumpul semuanya di atas ufuk dan daerah langit timur berwarna biru gelap. Pada saat ini kamu masih masih bisa beraktivitas meskipun tanpa bantuan alat penerangan. Planet (Venus) dan bintang-bintang paling terang di langit mulai terlihat.
  2. Senja Nautikal Senja Nautikal dimulai sejak berakhirnya senja sipil hingga ±47 menit setelah Matahari tenggelam (Matahari 12° derajat busur di bawah cakrawala). Secara visual garis cakrawala tidak terlihat jelas dan warna kuning mulai menggelap menjadi warna merah muda. Warna biru langit lebih gelap menjadi warna biru pekat. Biasanya aktivitas militer diakhiri pada senja ini karena bangunan-bangunan (kecuali bangunan besar) terlihat samar saat dipantau dari jarak jauh. Pada senja ini bintang-bintang terang terlihat jelas membentuk beberapa rasi bintang yang digunakan para pelaut untuk navigasi.
  3. Senja Astronomi Senja Astronomi dimulai sejak berakhirnya senja nautikal hingga ±71 menit setelah Matahari tenggelam (Matahari berada 18° di bawah cakrawala). Secara visual pada awal senja astronomi cakrawala masih menyisakan warna merah pekat di garis cakrawala dan biru langit berubah menjadi biru pekat. Jika kondisi langit cerah dan polusi udara minim, seluruh bintang pembentuk rasi terlihat semua. Namun bagi pengamatan objek gelap seperti nebula kurang baik dilakukan.

Sejak senja astronomi hingga berakhirnya malam saat fajar merupakan waktu yang sangat baik untuk melakukan pengamatan bintang. Namun nyatanya dewasa ini, polusi cahaya membuat sebagian bintang-bintang tidak tampak. Cahaya dari lampu-lampu yang mengarah ke langit membuat bintang kalah terang dengan cahaya tersebut. Cahaya dari lampu tersebut dihamburkan (hamburan non selektif) oleh partikel air di atmosfer. Akibatnya bintang-bintang redup kalah terang dibandingkan langit. Bintang-bintang yang menjadi penyusun rasi bintang hanya sebagian yang terlihat, bahkan banyak dari rasi bintang tidak terlihat satu pun anggota bintangnya.

Waktu salat sangat erat kaitannya dengan fenomena astronomi. Penetapan waktu salat pertama kali saat Malaikat Jibril mendatangi Nabi Muhammad SAW sebanyak lima kali untuk memerintahkan salat. Berikut hadis riwayat Syaikh Abdul Azhim bin Badawi al-Khalafi:

Dari Jabir bin Abdillah RA, bahwasanya Nabi SAW pernah didatangi Malaikat Jibril lalu ia berkata “Bangun dan salatlah!” Maka beliau salat Zuhur ketika Matahari telah tergelincir. Kemudian Jibril mendatanginya lagi dan berkata, “Bangun dan salatlah!” Lalu beliau salat Asar ketika bayangan semua benda sama panjang dengan aslinya. Kemudian Jibril mendatanginya lagi dan berkata, “Bangun dan salatlah.” Lalu beliau salat Magrib ketika Matahari telah terbenam. Kemudian Jibril datang lagi dan berkata, “Bangun dan salatlah!” Lalu beliau salat “Isya” ketika merah senja telah hilang. Kemudian Jibril datang lagi dan berkata, “Bangun dan salatlah!” Lalu Nabi SAW salat Subuh ketika muncul fajar, atau Jabir berkata, “Ketika terbit fajar.” Keesokan harinya Jibril kembali mendatangi Nabi SAW saat Zuhur dan berkata, “Bangun dan salatlah!” Lalu beliau salat Zuhur ketika bayangan semua benda sama panjang dengan aslinya. Kemudian Jibril mendatanginya dan berkata, “Bangun dan salatlah!” Lalu beliau salat Asar ketika panjang bayangan semua benda dua kali panjang aslinya. Kemudian Jibril mendatangi Nabi SAW pada waktu yang sama dengan kemarin dan tidak berubah. Kemudian Jibril mendatangi Nabi SAW ketika pertengahan malam telah berlalu atau Jabir mengatakan, sepertiga malam, lalu beliau salat “Isya”. Kemudian Jibril mendatangi Nabi SAW saat hari sudah sangat terang dan berkata, “Bangun dan salatlah!” Lalu beliau salat Subuh kemudian berkata, “Di antara dua waktu tersebut adalah waktu salat.”

(H.R. Shahih: Irwaa‟ul Ghaliil (250), Ahmad (al-Fat-hur Rabbaani) (II/241 no. 90), Sunan an-Nasa-i (I/263), dan Sunan at-Tirmidzi (1/101 no. 150))

Saat Nabi Muhammad SAW menerima perintah ibadah wajib seperti salat ataupun puasa, masyarakat Arab kebanyakan saat itu belum mengenal kalender angka bahkan jam. Perintah puasa wajib bulan Ramadhan didasarkan penampakan sabit tipis saat sore hari di langit barat (hilal). Salat pun tidak didasarkan pada jam, tapi didasarkan pada fenomena alam yang terjadi. Dimulainya waktu salat Magrib merupakan waktu di mana Matahari “terlihat” tenggelam. Sedangkan dimulainya waktu salat isya adalah saat syafak menghilang, sehingga waktu salat magrib dan subuh adalah sepanjang senja sipil hingga astronomi.

Salat subuh merupakan yang paling istimewa di antara salat-salat fardu lainnya. Hal ini dikarenakan pada waktu salah subuh, para Malaikat datang ke Bumi untuk menyaksikan siapa saja dari hamba Allah yang menunaikannya. Firman Allah SWT dalam Q.S. al-Isra: 78:

Dirikanlah salat dari sesudah Matahari tergelincir sampai gelap malam dan (dirikanlah pula salat) subuh. Sesungguhnya salat subuh itu disaksikan (oleh malaikat).

Penentuan waktu salat subuh sulit dilakukan. Meskipun salat subuh merupakan kebalikan dari salat magrib, penanda dimulainya salat subuh sangat penting karena sebagai penentu awal berpuasa. Dalam hadis di hal.59 dikatakan bahwa subuh dimulai saat fajar terbit. Firman Allah SWT dalam Q.S al-Baqarah: 187:

. . . dan makan minumlah hingga terang bagimu benang putih dari benang hitam, Yaitu fajar.

Fajar adalah cahaya perak yang muncul di ufuk timur saat dini hari. Fenomena penampakan fajar sangat sulit diamati bahkan terjadi dua kali. Oleh karena itu para ulama mengategorikan fajar menjadi dua, yaitu fajar khadzib dan fajar shadiq. Fajar khadzib adalah cahaya perak yang menyebar vertikal ke atas dari tempat Matahari terbit, sedangkan fajar shadiq merupakan fajar yang secara horizontal membentang di ufuk timur. Cahaya perak (fajar) merupakan efek dari hamburan non selektif. Tapi mengapa ada dua fajar dengan waktu yang berbeda?
Sepanjang bidang orbit Bumi mengelilingi Matahari terdapat banyak debu-debu antariksa akibat banyaknya komet yang membawa material beku dan menguap saat mengitari Matahari. Akibat Bumi berotasi, maka seolaholah Matahari yang mengelilingi Bumi. Garis edar tahunan Matahari melintasi rasi-rasi zodiak. Oleh karena itu debu-debu tersebut tampak dari Bumi berada di depan rasi-rasi zodiak dan seperti Matahari mengitari Bumi dalam debu-debu tersebut. Cahaya Matahari terhambur oleh debu-debu antariksa tersebut. Hamburan yang dilakukan debu-debu tersebut membuat cahaya putih yang menyebar tidak terlalu terang. Akibat orbit Matahari vertikal (pengamatan dekat ekuator Bumi), hamburan ini membentang ke atas dari ufuk timur. Hamburan ini merupakan Fajar Khadzib. Fajar khadzib biasanya terlihat di langit jauh sebelum waktu subuh. Dalam bidang astronomi fenomena ini dinamakan Cahaya Zodiak (Zodiacal Light) karena terlihat membentang sepanjang rasi-rasi zodiak.

Seiring dengan mendekatnya Matahari ke ufuk timur, Hamburan Rayleight mulai terjadi di langit. Cahaya dari hamburan Raylieght menutupi hamburan non selektif dari debu-debu luar angkasa, sehingga fajar khadzib tidak terlihat. Langit terlihat biru gelap dengan kondisi langit biru tua. Semakin mendekati pagi, Matahari di bawah ufuk menyinari uap air yang berkumpul di dekat permukaan Bumi karena didinginkan sepanjang malam. Hamburan non selektif pun terjadi kembali, tetapi dihamburkan oleh uap air di dekat permukaan Bumi yang memanjang secara horizontal. Cahaya putih dari hamburan ini yang dinamakan Fajar Shadiq. Kuatnya sinar Matahari yang menyinari, membuat fajar shadiq jauh lebih terang dari fajar khadzib. Cakrawala di ufuk timur (benang hitam) sangat terlihat jelas kontras dengan fajar shadiq (benang putih). Namun ada beberapa hadis yang menyatakan sifat fajar seperti syafak yang disebutkan berwarna merah, sebagaimana dalam hadis Nabi SAW:

Makan dan minumlah sampai menghadangmu (fajar) merah.

(H.R. Abu Daud : 1/69-370, At-Tirmidzi : 705, Ibnu Majah : 1930 dan Ad-Daruquthni hlm 231, dihasankan Al-Albani dalam Silsilah Shahihah : 2031).