ایٹمی گھڑی کی ایک ترکیب، سورج کی طرف
کسی اور ستارے کے گرد زمین کا جڑواں تلاش کرنے کے لیے ماہرینِ فلکیات ستارے کی ڈگمگاہٹ پر نظر رکھتے ہیں۔ زمین کی کمیت کا ایک سیارہ جو سورج جیسے ستارے کے گرد زمین کے فاصلے پر گھومتا ہو، اسے ایک سال یا اس سے زیادہ عرصے میں صرف 8.9 سینٹی میٹر فی سیکنڈ ہلاتا ہے۔ یہ ننھی سی حرکت ستارے کی طیفی لکیروں کو دس ارب میں چند حصے کھسکا دیتی ہے۔
سیارے تلاش کرنے والے بہترین آلات ستارے کی روشنی کو بڑی گریٹنگز پر پھیلا کر اور سینکڑوں یا ہزاروں لکیروں کی منتقلی کا ایک ساتھ اوسط لے کر اس کے قریب پہنچتے ہیں۔ لیزر فریکوئنسی کنگھیوں سے کیلیبریٹ کیے جانے کے باوجود وہ اب بھی یہ ناپتے ہیں کہ روشنی ڈیٹیکٹر پر کہاں گرتی ہے — ایک طولِ موج، فریکوئنسی نہیں۔
ایٹمی گھڑیوں سے مستعار
آپٹیکل گھڑیاں، جو وقت ناپنے کے سب سے درست آلات ہیں، مختلف طریقے سے کام کرتی ہیں۔ وہ ایک لیزر کو کسی ایٹمی انتقال (transition) پر جما دیتی ہیں اور ایک فریکوئنسی کنگھی کے ذریعے اس کی فریکوئنسی گنتی ہیں، جو ایک ایسا لیزر ہے جس کی روشنی یکساں فاصلے والی فریکوئنسیوں کا ایک پیمانہ بناتی ہے۔ مشکل یہ ہے: انہیں تجربہ گاہ کی صاف لیزر روشنی درکار ہوتی ہے، کسی ستارے کی بے ترتیب حرارتی چمک نہیں۔
یونیورسٹی آف کولوراڈو بولڈر اور امریکی نیشنل انسٹی ٹیوٹ آف اسٹینڈرڈز اینڈ ٹیکنالوجی (NIST) کے کونر فریڈرک، رائن کے کول اور ان کے ساتھیوں نے، اسکاٹ ڈِڈمز کی قیادت میں، اب گھڑی کا یہ نسخہ سورج کی روشنی پر لاگو کیا ہے۔ وہ نتیجے کو شمسی آپٹیکل گھڑی کہتے ہیں۔
ایک لکیر، ایک لیزر
- چھت پر ایک چھوٹا شمسی ٹریکر سورج کی پوری ٹکیہ کی روشنی ایک سنگل موڈ آپٹیکل فائبر میں ڈالتا ہے — سورج کو ایسے دیکھا جاتا ہے جیسے وہ کوئی دور کا ستارہ ہو۔
- تجربہ گاہ میں سورج کی روشنی کو ایک ڈیٹیکٹر پر ایک لیزر کے ساتھ ملایا جاتا ہے۔ لیزر کی فریکوئنسی کو آگے پیچھے ہلایا جاتا ہے، جس سے ایک ایسا اشارہ پیدا ہوتا ہے جو ٹھیک لوہے کی ایک جذبی لکیر کے مرکز پر صفر ہو جاتا ہے، جو تقریباً 1,565.28 نینو میٹر پر ہے اور تقریباً 4.3 گیگا ہرٹز چوڑی ہے۔ یہ چوڑائی آلے کی خرابی نہیں: سورج کی گیسوں کی حرارتی ہلچل اور ان کا ابال لکیر کو پھیلا دیتے ہیں، اور اسی دھندلی پٹی کے اندر مرکز ڈھونڈنا پڑتا ہے۔
- ایک فیڈ بیک لوپ لیزر کو وہیں جمائے رکھتا ہے۔ اس دوران NIST سے کیلیبریٹ شدہ ایک ہائیڈروجن میزر — یعنی ہائیڈروجن کی ایک جوہری گھڑی، جو چند گھنٹوں تک بہت مستحکم رہتی ہے اور یہاں وقت کے حوالے کے طور پر کام کرتی ہے — سے جڑی فریکوئنسی کنگھی مسلسل لیزر کی فریکوئنسی گنتی ہے — سیکنڈ کی سرکاری تعریف سے براہِ راست ربط۔
ایک فریکوئنسی کا اربواں حصہ
ایک سیکنڈ میں لیزر لکیر کا مرکز تقریباً 3 میگا ہرٹز کی درستگی سے ڈھونڈ لیتا ہے، یعنی لکیر کی چوڑائی کا ایک بٹا چودہ سو۔ رفتار میں یہ 4.7 میٹر فی سیکنڈ بنتا ہے: ڈوپلر اثر روشنی کی فریکوئنسی کو منبع کی رفتار کے تناسب سے سرکا دیتا ہے، اور اس طولِ موج پر 1 میٹر فی سیکنڈ تقریباً 0.64 میگا ہرٹز کے برابر ہے۔ چند ہزار سیکنڈ کا اوسط لینے سے یہ تقریباً 200 کلو ہرٹز تک آ جاتا ہے — تقریباً 30 سینٹی میٹر فی سیکنڈ، یا روشنی کی فریکوئنسی کا ایک ارب میں ایک حصہ۔
یہ درستگی اُس کوانٹم حد کے بہت قریب قریب چلتی ہے جو اس قسم کی پیمائش میں فوٹونز کی بے ترتیب آمد سے متوقع ہے: ناپے گئے اوسط کے اوقات میں آلے کا کوئی شور نمایاں طور پر اس میں شامل نہیں ہوتا۔ ٹیم کے پچھلے آلے کے مقابلے میں، جو لکیر پر آہستہ آہستہ گزرتا ہے، جما ہوا لیزر تقریباً دس گنا زیادہ درست ہے۔
(a) جمے ہوئے لیزر (گہرا نیلا) اور گزرنے والے آلے (ہلکا نیلا) سے 5,000 سیکنڈ پر لکیر کے مرکز کی پیمائشیں؛ (b) سورج کی لرزشیں تقریباً 5.5 منٹ پر ایک چوٹی کی صورت میں نظر آتی ہیں؛ (c) اوسط کے وقت کے ساتھ درستگی بہتر ہوتی ہے، کوانٹم حد (ڈیش) کی طرف۔ — شکل 4، Fredrick، Cole et al. (2026)، arXiv:2610.28485۔
سورج سانس لیتا ہے، چاند گزرتا ہے
پیمائشیں سورج کی اپنی حرکت ظاہر کرتی ہیں۔ 5.5 منٹ پر ایک واضح چوٹی اس کی سطح کی صوتی لرزشیں دکھاتی ہے، آواز کی لہریں جو اس کے اندرونی حصے کو ٹٹولتی ہیں۔ یہ رکاوٹ بھی ہیں: درستگی تبھی تیزی سے بہتر ہوتی ہے جب اوسط ان کے پانچ منٹ کے دورانیے پر محیط ہو جائے۔
8 اپریل 2024 کو ٹیم نے بولڈر سے جزوی سورج گرہن کا مشاہدہ کیا، جہاں چاند نے سورج کا تقریباً 80% حصہ ڈھانپ لیا۔ چونکہ سورج گھومتا ہے، اس کا ایک کنارہ ہماری طرف آتا ہے اور دوسرا دور جاتا ہے۔ جب چاند نے پہلے ایک کنارہ، پھر دوسرا چھپایا تو لوہے کی لکیر تقریباً 500 میٹر فی سیکنڈ تک کھسکی — روسیٹر-میک لافلن اثر، وہی نشانی جو اپنے ستاروں کے سامنے سے گزرنے والے سیاروں کے مطالعے میں استعمال ہوتی ہے۔
8 اپریل 2024 کا گرہن دونوں آلات کی نظر سے: (a) جب چاند سورج کی ٹکیہ کو پار کرتا ہے تو لکیر پہلے ایک طرف، پھر دوسری طرف کھسکتی ہے؛ (b, c) جمے ہوئے لیزر (گہرا نیلا) کا پھیلاؤ گزرنے والے آلے (ہلکا نیلا) سے کہیں کم ہے۔ — شکل 5، Fredrick، Cole et al. (2026)، arXiv:2610.28485۔
سورج سے دوسرے ستاروں تک
مصنفین کا اندازہ ہے کہ موافق بصریات (adaptive optics) والی 25 سے 40 میٹر کی دوربین — زیرِ تعمیر جائنٹ میگیلن ٹیلی اسکوپ اور ایکسٹریملی لارج ٹیلی اسکوپ کی سطح کی — چند گھنٹوں میں یہ ایک لکیر والی درستگی قریب ترین سورج جیسے ستاروں تک لا سکتی ہے۔ زیادہ تیز ماڈیولیشن، طویل تر اوسط اور ایک ساتھ ناپی گئی کئی لکیریں اسے 10 سینٹی میٹر فی سیکنڈ کی طرف لے جا سکتی ہیں۔
ستارے اپنی حد خود مقرر کرتے ہیں۔ ان کی ابلتی ہوئی سطح، یعنی دانے داری (granulation)، ایک گھنٹے میں بھی کئی دسیوں سینٹی میٹر فی سیکنڈ کا شور شامل کرتی ہے۔ لکیروں کو ایک ایک کر کے ناپنا، جن میں سے ہر ایک مقناطیسیت اور گہرائی کے لیے اپنے انداز میں حساس ہے، ٹھیک وہی چیز ہے جو کسی ستارے کی بے چینی کو کسی نظر نہ آنے والے سیارے کی کشش سے الگ پہچاننے میں مدد دے سکتی ہے۔