Sudah jadi rahasia umum kalau ada asap pasti ada api, tapi tahukah kamu kalau ada hujan pasti ada es?

Setidaknya begitulah anggapan selama ini, karena kristal es di atmosfer memungkinkan tetesan air hujan tumbuh cukup besar dan berat untuk jatuh dari awan dingin.

Tapi ada juga ‘awan hangat’, yang menghasilkan sebagian besar hujan di Bumi, terutama di daerah tropis, dan punya peran penting dalam keseimbangan energi global.

Nah, bagaimana tetesan hujan terbentuk di dalam gumpalan awan yang mirip marshmallow raksasa ini adalah salah satu teka-teki terbesar dalam ilmu atmosfer—sekaligus penghalang buat bikin prediksi iklim yang lebih akurat.

Untungnya, para ilmuwan baru saja mengambil langkah besar untuk memecahkan misteri ini. Mereka berhasil mengungkap struktur tak kasat mata yang jadi “tempat lahir” tetesan hujan di awan hangat.

Seperti dilaporkan dalam studi terbaru di jurnal PNAS, para peneliti dari Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization (MPI-DS) menggunakan alat unik buatan mereka sendiri, CloudKite—semacam balon-layang yang diisi helium—untuk menyelidiki awan kumulus yang terbang rendah di dekat Barbados.

“Kami menilai struktur awan hangat dengan resolusi spasial yang tinggi,” kata Mohsen Bagheri, peneliti mikrofisika awan dan turbulensi atmosfer yang juga penulis senior studi ini.

Berbeda dengan pesawat yang melesat cepat dan cuma mengumpulkan sedikit data yang terpisah berkilo-kilometer, atau drone yang waktu terbangnya terbatas dan bisa menciptakan turbulensi, CloudKite itu “seperti mikroskop 3D di dalam awan yang menyelidiki ukuran dan distribusi partikel”, jelas Bagheri lebih lanjut.

Alat ini dilengkapi dua sistem pencitraan optik khusus yang menggabungkan keunggulan laser dan kamera berkecepatan tinggi untuk memindai awan.

Hasilnya, CloudKite bisa membuat representasi 3D dari posisi dan ukuran tetesan di dalam awan, menangkap data dengan kecepatan 75 kali per detik untuk memetakan dinamika awan dalam skala dari mikrometer hingga kilometer.

Meski begitu, pemahaman kita tentang mikrofisika awan masih belum lengkap, “terbukti dari ketidakmampuan kita menjelaskan secara tuntas bagaimana hujan bermula di awan hangat,” kata para peneliti, “yang merupakan misteri tak terpecahkan yang membingungkan ilmuwan selama puluhan tahun.”

Maka dari itu, para peneliti berusaha mengungkap misteri utamanya: hambatan yang harus dilewati calon tetesan hujan.

Supaya tetesan mungil yang nyaris tak terlihat mata manusia bisa berubah jadi tetesan hujan yang jatuh bebas, ia harus bertabrakan dan bergabung dengan tetesan-tetesan lain, tumbuh cukup berat untuk jatuh dari langit (dan, yang menyebalkan, mendarat di mobil kita yang baru dicuci).

Nah, sekarang para peneliti sudah mengungkap proses tak kasat mata ini. Mereka menunjukkan kalau pengelompokan tetesan awan terjadi di titik-titik panas (hotspot) yang sangat terlokalisasi dan muncul secara sporadis, bukannya merata atau acak di seluruh awan.

Kenyataannya, sebagian besar awan yang diteliti mungkin tidak memiliki pengelompokan yang signifikan. Sebaliknya, pengelompokan ini tampaknya terjadi di bercak-bercak kecil selebar satu meter atau kurang, di mana tetesan-tetesan individual berdesakan dengan jarak hanya sekitar satu milimeter satu sama lain.

“Karena tetesan-tetesan berkumpul di sana, kemungkinan tabrakan jadi jauh lebih besar,” kata Birte Thiede, peneliti mikrofisika awan dan penulis pertama studi ini.

“Titik-titik panas yang terlokalisasi ini mungkin jadi tempat di mana hujan bermula di awan kumulus dangkal.”

Sebaliknya, penelitian sebelumnya menunjukkan kalau pengelompokan di awan stratocumulus dangkal (rendah) itu lebih lemah dan lebih menyebar. Ini mungkin karena observatorium lain tidak bisa menandingi kemampuan CloudKite dalam mendeteksi kelompok-kelompok terlokalisasi, dan malah merata-ratakan sinyal mereka di area yang jauh lebih luas.

Meskipun ini terdengar seperti solusi rapi untuk misteri pengelompokan, para peneliti mencatat kalau titik-titik panas ini mungkin tidak berkorelasi jelas dengan konsentrasi atau ukuran rata-rata tetesan.

Sebaliknya, titik panas ini mungkin didorong oleh faktor dinamis seperti turbulensi, yang saat ini sedang diteliti oleh tim.

Faktor-faktor seperti ini memengaruhi bagaimana komponen awan berevolusi dan bergabung menjadi tetesan hujan, yang menentukan anggaran air Bumi sekaligus keseimbangan energinya, karena awan sangat penting dalam memantulkan, menyerap, dan memancarkan radiasi matahari.

Terkait: Megastorm Terorganisir Bisa Mengubah Musim Hujan di Tropis dalam Beberapa Tahun ke Depan

Oleh karena itu, ekspedisi CloudKite selanjutnya sudah direncanakan, termasuk penerbangan di atas Amazon, Laut Baltik, dan Finlandia.

Membatasi pembentukan titik panas, laju tabrakan tetesan, dan bagaimana mereka bergabung akan sangat penting untuk menghaluskan kerutan-kerutan besar dalam simulasi iklim. Janjinya, kamu nggak bakal lagi kehujanan dadakan yang bikin rambut berantakan tanpa payung.

Seperti disimpulkan Bagheri, mengungkap “struktur tersembunyi awan hangat akan menghasilkan deskripsi pembentukan hujan yang lebih baik dan prakiraan cuaca yang lebih akurat.”

Penelitian ini dipublikasikan di PNAS.