دستیابی به زمان‌سنجی فوق‌دقیق همواره یکی از چالش‌های اصلی علم بوده است. در حالی که بشر از زمان باستان از نور خورشید برای ردیابی زمان بهره می‌برده، ساعت‌های نوری (Optical Clocks) مدرن و رکوردشکن، دقت خود را از اثرات مکانیک کوانتومی اتم‌های ایزوله‌شده به دست می‌آورند. اکنون، دکتر اسکات دیدامز (Scott Diddams) و همکارانش در دانشگاه کلرادو بولدر، رویکردی نوین را در پیش گرفته‌اند و یک ساعت کوانتومی خورشیدی ابداع کرده‌اند که به جای اتم‌های محبوس در آزمایشگاه، به نور خورشید متکی است.

ساخت اولین ساعت کوانتومی خورشیدی

این ساعت نوری جدید نیز مانند ساعت‌های اپتیکال سنتی از لیزر و یک شانه فرکانسی (Frequency Comb) بهره می‌برد. تفاوت اصلی در این است که به جای تنظیم دقیق لیزر با نوسانات الکترون‌های درون یک اتم، محققان آن را با پدیده‌ای تنظیم کرده‌اند که در نزدیکی خورشید رخ می‌دهد؛ یعنی با جهش‌های مشابهی که نور خورشید هنگام برخورد با اتم‌های آهن در اتمسفر ستاره ما ایجاد می‌کند. این فرآیند، یک ردپای طیفی منحصربه‌فرد در نور خورشید بر جای می‌گذارد. تیم تحقیقاتی با جمع‌آوری نور خورشید در یک فیبر نوری مخصوص و تغذیه آن به سایر اجزای ساعت، توانستند این نوع ساعت کوانتومی خورشیدی را برای اولین بار بسازند.

کاربردها و محدودیت‌های ساعت جدید

اگرچه دقت این ساعت هنوز به پای دقیق‌ترین ساعت‌های نوری اتمی نمی‌رسد، محققان نشان دادند که می‌تواند ابزاری کارآمد برای رصد ستارگان باشد. آن‌ها در طول کسوف جزئی سال ۲۰۲۴ (میلادی) توانستند تغییر مشخصی را در طیف نور خورشید، ناشی از عبور ماه از مقابل ستاره، مشاهده کنند. این قابلیت نشان می‌دهد که اگر نور ستاره‌ای دوردست به جای نور خورشید به این ساعت داده شود، جابجایی‌های مشابه می‌تواند نشان‌دهنده حضور سیارات فراخورشیدی در مدار آن‌ها باشد. پیتر اشمیت (Piet Schmidt) از انستیتوی ملی اندازه‌شناسی آلمان، این کار را جالب توجه می‌داند زیرا طراحی یک ساعت نوری را به نمایش می‌گذارد که از نور ستارگان بهره می‌برد، نه صرفاً از اجسام تحت کنترل دقیق در آزمایشگاه.

با این حال، به گفته اشمیت، این ابزار نجومی هنوز از روش‌های موجود برای مطالعه نور ستارگان پیشی نگرفته و کاربرد آن برای ستارگان بسیار دور، به دلیل کم‌نور بودن آن‌ها، به‌طور جدی محدود خواهد بود. با وجود این، مزایایی برای مطالعه ویژگی‌های خورشید خودمان دارد. این ساعت می‌تواند رویدادهای فورانی، لکه‌های خورشیدی و اثرات “باد خورشیدی” متشکل از جریان‌های ذرات باردار در لایه‌های بیرونی اتمسفر خورشید را بررسی کند.