Isu pemanasan global timbul karena bertambahnya gas karbon dioksida (CO2) yang dilepas mengisi atmosfir. Berbagai kalangan turun tangan berupaya mengurangi jumlah CO2 yang mengancam bumi kita.

Ketika banyak orang sibuk di seputar emisi karbon dioksida, sejumlah ilmuwan mengingatkan bahwa bukan hanya CO2 yang dapat menjadi gara-gara bagi peningkatan suhu dunia, melainkan juga gas jenis lain. Secara khusus yang ditunjuk adalah uap air, yang sudah sangat dikenal selama ini dan dipandang “tidak berdosa”.

Ada beberapa alasan mengapa uap air perlu diperhatikan dengan serius. Pertama, uap air menghalangi banyak panjang gelombang infra merah. Artinya uap air hanya sedikit meneruskan pancaran panas, sehingga berfungsi sebagai selimut seperti gas CO2. Tentu pernah kita merasakan dingin ketika langit terlihat bersih dan jernih, terutama di waktu malam. Langit jernih berarti tipisnya kelembaban udara atau rendahnya kandungan uap air, dan ini memudahkan larinya panas ke luar bumi. Efeknya lebih terasa di daerah gurun yang udaranya sangat kering. Siang di sana terik sekali dan amat panas, tapi di waktu malam suhu bisa turun hingga di bawah 0°C.

Alasan kedua, jumlah uap air di dalam atmosfir lebih banyak dari pada CO2. Ada sebagian yang ikut serta dalam proses pembentukan awan dan hujan, ada yang tetap tinggal mengisi udara. Ketiga, aktivitas kehidupan di bumi serta sebab lainnya mengubah jumlah uap air di udara, sehingga mempengaruhi keseimbangan yang selama ini berlangsung. Orangpun perlu mewaspadai efek dari keseimbangan yang mungkin terganggu.
Namun sebelum semua dapat dipastikan, perlu diketahui dulu dengan tepat berapa besar sebenarnya konsentrasi uap air di udara. Dan pengetahuan tentang ini perlu dikumpulkan dari bagian-bagian atmosfir di seluruh penjuru dunia. Tidak hanya meliputi jarak horisontal yaitu lokasi-lokasi yang berbeda, tetapi juga jarak vertikal. Seperti diketahui, atmosfir bumi mempunyai tebal lebih dari puluhan kilometer ke atas, dan kandungan uap air di setiap lapisannya memberikan pengaruh yang berbeda, terutama terhadap cuaca.

Bagaimana mengukur kandungan itu? Dengan pesawat terbang yang membawa sensor uap air? Daerah cakupan maupun ketinggian pesawat terbang agak terbatas, dan mahal ongkosnya. Dengan balon udara yang lebih murah? Terlalu lama.

Sinar Laser
Peneliti di beberapa institusi Jerman tengah membuat sistem pengukur kandungan uap air yang bekerja dari jarak jauh. Prinsip yang diacu ialah LIDAR (Light Detection and Ranging), teman dari RADAR (Radio Detection and Ranging). Jika radar menggunakan gelombang radio, lidar memanfaatkan sinar laser.

Keduanya mempunyai prinsip kerja yang sama, yaitu melakukan deteksi berdasarkan gejala fisik (misalnya pantulan gelombang) dan sekaligus mengetahui jarak terhadap yang dideteksi itu. Dimulai pada Perang Dunia II ketika radar menyorotkan gelombang radio ke atas untuk mencari pesawat terbang musuh. Jika mengenai pesawat, gelombang dipantulkan sehingga dapat kembali diterima di darat. Dari waktu yang diperlukan gelombang untuk merambat ke atas, dipantulkan, dan ditangkap kembali di bawah, jarak terhadap pesawat musuh dapat disimpulkan karena kecepatan gelombang diketahui.

Lidar menggantikan gelombang radio dengan sinar laser. Sebuah sifat sinar laser dimanfaatkan di sini, yaitu penyebaran yang sangat kecil. Pada sebuah lampu senter, cermin berbentuk mangkuk mengarahkan cahaya supaya menyorot secara cukup sempit. Tapi meskipun demikian, berkas cahaya lampu senter masih menyebar, sehingga pada jarak yang belum terlalu jauh intensitasnya sudah melemah.

Hal itu tidak terjadi pada sinar laser karena cara pembangkitan cahayanya berbeda. Sudut penyebarannya hanya sekitar 0,06 derajat, tampak seperti lidi lurus sangat panjang yang terang. Energi cahaya diarahkan dengan efisien, tidak terbagi ke mana-mana. Selain itu pada lidar, sinar laser hanya terpantul oleh target yang dituju; benda di dekatnya tidak ikut tersorot. Sementara gelombang radio yang lebih lebar bisa menyulitkan pembedaan antara target dan benda lain di sebelahnya yang ikut terliput.
Uap air tidak memantulkan tapi menghamburkan, seperti kabut yang menghamburkan sorot lampu mobil. Hasil hamburan dapat diterima kembali meskipun lebih lemah dari pada hasil pantulan benda padat. Sementara itu sinar laser yang dihamburkan mengalami pula pengurangan energi karena diserap (mengalami absorpsi) oleh uap air.

Di sinilah letak rahasia pengukuran. Di daerah infra merah, uap air menyerap cahaya secara berbeda-beda. Ada panjang gelombang, kita namakan saja L1, di mana cahaya sangat banyak diserap. Ada pula panjang gelombang lain, sebut saja L2, di mana cahaya dibiarkan leluasa berlalu oleh uap air.
Hamburan cahaya yang diukur pada L1 dapat menunjukkan kandungan uap air. Jika hanya sedikit cahaya yang diterima pada L1, berarti telah terjadi banyak penyerapan, berarti pula terdapat kandungan uap air yang tinggi. Jadi kuat lemahnya cahaya yang ditangkap lagi pada panjang gelombang L1 mengandung informasi tentang konsentrasi uap air.

Tetapi kita harus waspada. Lemahnya cahaya pada L1 yang diterima kembali dapat saja disebabkan oleh kemungkinan lain, misalnya karena terhalang oleh debu di udara. Jadi belum tentu memberitahu bahwa banyak terdapat uap air.

Itu sebabnya panjang gelombang L2 juga dilibatkan, karena cahaya pada L2 tidak terpengaruh oleh banyak sedikitnya uap air. Tidak ada informasi tentang uap air di situ, karena cahaya L2 dibiarkan lewat begitu saja oleh uap air. Tetapi cahaya tersebut sama-sama bisa dipengaruhi oleh gangguan debu seperti halnya L1.

Situasinya dapat diurutkan sebagai berikut. Cahaya pada L1 dipengaruhi oleh kandungan uap air dan oleh gangguan seperti debu. Cahaya pada L2 hanya dipengaruhi oleh gangguan debu. Sekarang dengan cerdik udara disorot dengan kedua cahaya. Hasil penerimaan keduanya dikurangkan satu sama lain, sehingga gangguan akan saling meniadakan. Hasil bersihnya adalah informasi yang diharapkan, yaitu tentang konsentrasi uap air. Taktik seperti ini sering dikenal sebagai pengukuran diferensial, dan banyak dilakukan dalam kegiatan ilmiah ukur mengukur.

Namun ada kesulitan baru. Pada uap air, letak panjang gelombang L1 dan L2 itu sungguh berdekatan. Dengan cahaya biasa, jika kita ingin menerima yang satu, sebagian dari yang lain ingin turut campur dan ikut terukur. Sukar sekali memisahkannya.

Untung ada sifat laser yang lain, yaitu monokromatik. Artinya sinar laser memiliki warna atau panjang gelombang yang sungguh tajam (mono = tunggal, krom = warna). Jika laser L1 disinarkan pada uap air, tidak bakal cahayanya meluber (bhs. Jawa: mblobor) ke panjang gelombang L2. Masing-masing panjang gelombang L1 dan L2 tidak saling mencampur meskipun amat berdekatan.

Oleh karena itu salah satu tahap penelitian yang penting ialah membuat pasangan laser pada kedua panjang gelombang tersebut. Rencananya nanti, pasangan laser dan detektornya akan dipasang pada satelit yang mengorbit bumi. Setiap tempat di penjuru dunia yang dilewati dapat diukur. Dan pada ketinggian berapa pada atmosfir uap air itu diukur, dapat diketahui dari waktu yang diperlukan oleh sinar laser untuk bolak balik dari satelit ke atmosfir kembali ke satelit. Sistem yang sedang digarap ini disebut DIAL (DIfferential Absorption Lidar)*