TRIK JAM ATOM, DIARAHKAN KE MATAHARI

Untuk menemukan kembaran Bumi di sekitar bintang lain, para astronom mengamati bintang itu bergoyang. Planet bermassa Bumi yang mengorbit bintang mirip Matahari pada jarak Bumi hanya menggerakkannya 8,9 sentimeter per detik, selama setahun atau lebih. Gerak sekecil itu menggeser garis-garis spektrum bintang sebesar beberapa bagian per sepuluh miliar.

Instrumen pemburu planet terbaik mendekati angka itu dengan menyebarkan cahaya bintang pada kisi besar dan merata-ratakan pergeseran ratusan atau ribuan garis sekaligus. Bahkan ketika dikalibrasi dengan sisir frekuensi laser, instrumen itu tetap mengukur di mana cahaya jatuh pada detektor — sebuah panjang gelombang, bukan frekuensi.

Meminjam dari jam atom

Jam optik, penunjuk waktu paling presisi, bekerja dengan cara lain. Jam ini mengunci laser pada sebuah transisi atom dan menghitung frekuensinya dengan sisir frekuensi, yaitu laser yang cahayanya membentuk penggaris berisi frekuensi-frekuensi yang berjarak sama. Kendalanya: jam ini memerlukan cahaya laser laboratorium yang bersih, bukan pendar termal bintang yang kacau.

Connor Fredrick, Ryan K. Cole, dan rekan-rekan di University of Colorado Boulder dan National Institute of Standards and Technology (NIST) Amerika Serikat, dengan Scott Diddams sebagai pemimpin proyek, kini menerapkan resep jam itu pada cahaya Matahari. Mereka menyebut hasilnya jam optik surya.

Satu garis, satu laser

• Sebuah pelacak surya kecil di atap menyalurkan cahaya dari seluruh piringan Matahari ke dalam serat optik mode tunggal — Matahari terlihat seolah-olah bintang yang jauh.
• Di laboratorium, cahaya Matahari dicampur dengan sebuah laser pada detektor. Frekuensi laser digoyang maju-mundur, menghasilkan sinyal yang turun ke nol tepat di pusat garis serapan besi di dekat 1.565,28 nanometer, garis selebar sekitar 4,3 gigahertz. Lebar itu bukan cacat instrumen: gerak termal dan konveksi gas Matahari melebarkan garisnya, dan pusatnya harus ditemukan di dalam pita yang kabur itu.
• Sebuah lingkar umpan balik menjaga laser tetap terkunci di sana. Sementara itu, sisir frekuensi yang terhubung ke maser hidrogen — sebuah jam atom hidrogen, sangat stabil selama beberapa jam, yang di sini dipakai sebagai acuan waktu — yang dikalibrasi NIST menghitung frekuensi laser secara terus-menerus — tautan langsung ke definisi resmi detik.

Sepermiliar sebuah frekuensi

Dalam satu detik, laser menemukan pusat garis hingga sekitar 3 megahertz, yaitu satu per seribu empat ratus dari lebar garis itu. Dalam satuan kecepatan, itu berarti 4,7 meter per detik: efek Doppler menggeser frekuensi cahaya sebanding dengan kecepatan sumbernya, dan pada panjang gelombang ini 1 meter per detik setara sekitar 0,64 megahertz. Merata-ratakan selama beberapa ribu detik menurunkannya menjadi sekitar 200 kilohertz — sekitar 30 sentimeter per detik, atau satu per satu miliar dari frekuensi cahaya.

Presisi ini mengikuti dengan erat batas kuantum yang diharapkan dari kedatangan foton secara acak dalam pengukuran semacam ini: tidak ada derau instrumen yang terlihat menambahinya pada rentang waktu perata-rataan yang diukur. Dibandingkan dengan instrumen tim sebelumnya, yang menyapu garis secara perlahan, laser yang terkunci ini hampir sepuluh kali lebih presisi.

(a) Pengukuran pusat garis selama 5.000 detik dengan laser terkunci (biru tua) dan instrumen penyapu (biru muda); (b) osilasi Matahari muncul sebagai puncak di dekat 5,5 menit; (c) presisi membaik seiring waktu perata-rataan, mendekati batas kuantum (garis putus-putus). — Gambar 4, Fredrick, Cole dkk. (2026), arXiv:2610.28485.

Matahari bernapas, Bulan melintas

Pengukuran ini mengungkap gerak Matahari sendiri. Puncak yang jelas pada 5,5 menit menunjukkan osilasi akustik permukaannya, gelombang suara yang menyelidiki bagian dalamnya. Osilasi ini juga mengganggu: presisi baru membaik tajam setelah perata-rataan mencakup periode lima menitnya.

Pada 8 April 2024, tim mengamati gerhana Matahari sebagian dari Boulder, tempat Bulan menutupi sekitar 80% Matahari. Karena Matahari berotasi, satu tepinya bergerak mendekati kita dan tepi lainnya menjauh. Saat Bulan menutupi satu tepi, lalu tepi yang lain, garis besi bergeser hingga sekitar 500 meter per detik — efek Rossiter-McLaughlin, tanda yang sama yang digunakan untuk mempelajari planet yang melintas di depan bintangnya.

Gerhana 8 April 2024 yang dilihat oleh kedua instrumen: (a) garis bergeser ke satu arah, lalu ke arah lain, saat Bulan melintasi piringan Matahari; (b, c) laser terkunci (biru tua) jauh lebih sedikit tersebar dibandingkan instrumen penyapu (biru muda). — Gambar 5, Fredrick, Cole dkk. (2026), arXiv:2610.28485.

Dari Matahari ke bintang lain

Para penulis memperkirakan bahwa teleskop 25 hingga 40 meter dengan optik adaptif — kelas Giant Magellan Telescope dan Extremely Large Telescope yang sedang dibangun — dapat membawa presisi satu garis ini ke bintang-bintang mirip Matahari terdekat dalam beberapa jam. Modulasi yang lebih tajam, perata-rataan yang lebih lama, dan beberapa garis yang diukur bersamaan dapat mendorongnya menuju 10 sentimeter per detik.

Bintang menetapkan batasnya sendiri. Permukaannya yang bergolak, granulasi, menambahkan derau beberapa puluh sentimeter per detik bahkan selama satu jam. Mengukur garis satu per satu, masing-masing peka dengan caranya sendiri terhadap magnetisme dan kedalaman, justru dapat membantu membedakan kegelisahan sebuah bintang dari tarikan planet yang tak terlihat.