آپ کو لگتا ہے کہ آپ شہر کی ٹریفک کے ذریعے نیویگیٹ کرنے کے ماہر ہیں، اسمارٹ فون اپنی طرف۔ آپ ایک کے ساتھ پیدل سفر بھی کر سکتے ہیں۔جی پی ایسڈیوائسبیک کنٹری کے ذریعے اپنا راستہ تلاش کرنے کے لیے۔ لیکن آپ شاید اب بھی ان تمام چیزوں پر حیران ہوں گے۔جی پی ایس-عالمی پوزیشننگ سسٹم جو تمام جدید نیویگیشن کو زیر کرتا ہے۔
جی پی ایسسیٹلائٹس کے ایک برج پر مشتمل ہے جو زمین کی سطح پر سگنل بھیجتا ہے۔ ایک بنیادیجی پی ایسوصول کنندہآپ کے سمارٹ فون کی طرح، چار یا اس سے زیادہ سیٹلائٹ سے سگنلز کی آمد کے وقت کی پیمائش کرکے تعین کرتا ہے کہ آپ کہاں ہیں—تقریباً 1 سے 10 میٹر کے اندر۔ فینسیر کے ساتھ (اور زیادہ مہنگا)جی پی ایسریسیورز، سائنس دان اپنے مقامات کو سینٹی میٹر یا ملی میٹر تک نیچے کی نشاندہی کر سکتے ہیں۔ اس عمدہ معلومات کا استعمال کرتے ہوئے، سگنلز کا تجزیہ کرنے کے نئے طریقوں کے ساتھ، محققین یہ دریافت کر رہے ہیں کہ GPS انہیں سیارے کے بارے میں اس سے کہیں زیادہ بتا سکتا ہے جتنا کہ انہوں نے پہلے سوچا تھا۔
پچھلی دہائی میں، تیز اور زیادہ درستجی پی ایسآلاتنے سائنسدانوں کو یہ بتانے کی اجازت دی ہے کہ بڑے زلزلوں کے دوران زمین کس طرح حرکت کرتی ہے۔جی پی ایسقدرتی آفات جیسے فلڈ فلڈ اور آتش فشاں پھٹنے کے لیے بہتر انتباہی نظام کا باعث بنا ہے۔ اور محققین نے یہاں تک کہ کچھ MacGyvered کیے ہیں۔جی پی ایسریسیورززمین کی پیمائش کے لیے برف کے سینسر، ٹائیڈ گیجز اور دیگر غیر متوقع ٹولز کے طور پر کام کرنا۔
"لوگوں نے سوچا کہ میں پاگل ہوں جب میں نے ان ایپلی کیشنز کے بارے میں بات کرنا شروع کی،" کرسٹین لارسن، یونیورسٹی آف کولوراڈو بولڈر کی جیو فزیکسٹ کہتی ہیں جنہوں نے بہت سی دریافتوں کی قیادت کی ہے اور 2019 کے سالانہ جائزہ آف ارتھ اینڈ پلینٹری سائنسز میں ان کے بارے میں لکھا ہے۔ "ٹھیک ہے، یہ پتہ چلا کہ ہم یہ کرنے کے قابل تھے."
یہاں کچھ حیران کن چیزیں ہیں جو سائنسدانوں نے حال ہی میں محسوس کی ہیں کہ وہ ان کے ساتھ کر سکتے ہیں۔جی پی ایس.
1. زلزلہ محسوس کریں۔
صدیوں سے ماہرین ارضیات سیسمومیٹر پر انحصار کرتے رہے ہیں، جو یہ پیمائش کرتے ہیں کہ زمین کتنی ہل رہی ہے، اس بات کا اندازہ لگانے کے لیے کہ زلزلہ کتنا بڑا اور کتنا برا ہے۔جی پی ایسوصول کنندگان نے ایک مختلف مقصد پورا کیا — ارضیاتی عمل کو ٹریک کرنا جو بہت سست پیمانے پر ہوتا ہے، جیسے کہ وہ شرح جس پر زمین کی عظیم کرسٹل پلیٹیں پلیٹ ٹیکٹونکس کے نام سے جانے والے عمل میں ایک دوسرے کو پیس کر گزرتی ہیں۔ توجی پی ایسسائنس دانوں کو اس رفتار سے بتا سکتا ہے جس سے سان اینڈریاس فالٹ کے مخالف سمتیں ایک دوسرے کے پیچھے سے گزر رہی ہیں، جبکہ سیسمومیٹر زمین کے لرزنے کی پیمائش کرتے ہیں جب کیلیفورنیا کی غلطی زلزلے میں پھٹ جاتی ہے۔
زیادہ تر محققین کا خیال تھا۔جی پی ایسزلزلوں کا اندازہ لگانے میں کارآمد ہونے کے لیے صرف مقامات کی درستگی اور تیزی سے پیمائش نہیں کر سکے۔ لیکن یہ پتہ چلتا ہے کہ سائنسدان ان سگنلز میں سے اضافی معلومات کو نچوڑ سکتے ہیں جو GPS سیٹلائٹ زمین پر منتقل کرتے ہیں۔
وہ سگنل دو اجزاء میں آتے ہیں۔ ایک ون اور صفر کی منفرد سیریز ہے، جسے کوڈ کہا جاتا ہے، کہ ہر ایکجی پی ایسسیٹلائٹ کی ترسیل. دوسرا چھوٹا طول موج کا "کیرئیر" سگنل ہے جو سیٹلائٹ سے کوڈ منتقل کرتا ہے۔ کیونکہ کیریئر سگنل کی طول موج ایک چھوٹی ہوتی ہے — محض 20 سینٹی میٹر — کوڈ کی لمبی طول موج کے مقابلے میں، جو دسیوں یا سینکڑوں میٹر ہو سکتی ہے، کیریئر سگنل زمین کی سطح پر کسی جگہ کی نشاندہی کرنے کے لیے ایک اعلی ریزولوشن طریقہ پیش کرتا ہے۔ سائنسدانوں، سروے کرنے والوں، فوج اور دوسروں کو اکثر ایک بہت ہی درست GPS مقام کی ضرورت ہوتی ہے، اور اس کے لیے صرف ایک زیادہ پیچیدہ GPS ریسیور کی ضرورت ہوتی ہے۔
انجینئرز نے بھی ریٹ کو بہتر کیا ہے۔جی پی ایسوصول کنندگان اپنے مقام کو اپ ڈیٹ کرتے ہیں، یعنی وہ ایک سیکنڈ یا اس سے زیادہ 20 بار خود کو تازہ کر سکتے ہیں۔ ایک بار جب محققین کو احساس ہوا کہ وہ اتنی جلدی درست پیمائش کر سکتے ہیں، تو انہوں نے GPS کا استعمال شروع کر دیا تاکہ یہ معلوم کیا جا سکے کہ زلزلے کے دوران زمین کیسے حرکت کرتی ہے۔
2003 میں، اپنی نوعیت کی پہلی تحقیق میں، لارسن اور اس کے ساتھیوں نے مغربی ریاستہائے متحدہ میں جڑے ہوئے GPS ریسیورز کا استعمال کیا تاکہ یہ مطالعہ کیا جا سکے کہ الاسکا میں 7.9 شدت کے زلزلے سے زلزلہ کی لہروں کی وجہ سے زمین کیسے منتقل ہوئی۔ 2011 تک، محققین جاپان کو تباہ کرنے والے 9.1 کی شدت کے زلزلے کے بارے میں GPS ڈیٹا لینے میں کامیاب ہو گئے تھے اور یہ ظاہر کرتے تھے کہ زلزلے کے دوران سمندری فرش حیران کن طور پر 60 میٹر منتقل ہو گیا تھا۔
آج، سائنس دان مزید وسیع پیمانے پر دیکھ رہے ہیں کہ کیسےجی پی ایسڈیٹازلزلوں کا فوری اندازہ لگانے میں ان کی مدد کر سکتے ہیں۔ یوجین میں یونیورسٹی آف اوریگون کے ڈیاگو میلگر اور گولڈن، کولوراڈو میں یو ایس جیولوجیکل سروے کے گیون ہیز نے ماضی میں 12 بڑے زلزلوں کا مطالعہ کیا تاکہ یہ دیکھا جا سکے کہ آیا وہ زلزلہ شروع ہونے کے چند سیکنڈوں میں ہی بتا سکتے ہیں کہ یہ کتنا بڑا ہو گا۔ زلزلوں کے مرکز کے قریب جی پی ایس اسٹیشنوں سے معلومات کو شامل کرکے، سائنس دان 10 سیکنڈ کے اندر اس بات کا تعین کرسکتے ہیں کہ آیا زلزلہ نقصان دہ شدت 7 کا ہوگا یا مکمل طور پر تباہ کن شدت 9۔
یو ایس ویسٹ کوسٹ کے محققین یہاں تک کہ شامل کر رہے ہیں۔جی پی ایسان کے نئے آنے والے زلزلے کے ابتدائی انتباہی نظام میں، جو زمین کے ہلنے کا پتہ لگاتا ہے اور دور دراز کے شہروں میں لوگوں کو مطلع کرتا ہے کہ آیا ان کے لرزنے کا امکان جلد ہی ہے۔ اور چلی اس کی تعمیر کر رہا ہےجی پی ایسنیٹ ورک کو زیادہ تیزی سے درست معلومات حاصل کرنے کے لیے، جس سے یہ اندازہ لگانے میں مدد مل سکتی ہے کہ آیا ساحل کے قریب زلزلے سے سونامی پیدا ہونے کا امکان ہے یا نہیں۔
2. آتش فشاں کی نگرانی کریں۔
زلزلوں سے آگے، کی رفتارجی پی ایسحکام کو دیگر قدرتی آفات کے سامنے آنے کے ساتھ ہی ان کا زیادہ تیزی سے جواب دینے میں مدد کر رہا ہے۔
مثال کے طور پر بہت سے آتش فشاں رصد گاہیں ہیں۔جی پی ایسریسیورز پہاڑوں کے ارد گرد صف بندی کرتے ہیں، وہ نگرانی کرتے ہیں، کیونکہ جب میگما زیر زمین منتقل ہونا شروع کر دیتا ہے جس کی وجہ سے اکثر سطح بھی بدل جاتی ہے۔ وقت کے ساتھ ساتھ آتش فشاں کے گرد GPS اسٹیشن کیسے اٹھتے یا ڈوبتے ہیں اس کی نگرانی کرکے، محققین اس بارے میں بہتر اندازہ حاصل کر سکتے ہیں کہ پگھلی ہوئی چٹان کہاں بہہ رہی ہے۔
گزشتہ سال ہوائی میں Kilauea آتش فشاں کے بڑے پھٹنے سے پہلے، محققین نے استعمال کیا۔جی پی ایسیہ سمجھنے کے لیے کہ آتش فشاں کے کون سے حصے سب سے زیادہ تیزی سے بدل رہے ہیں۔ حکام نے اس معلومات کا استعمال یہ فیصلہ کرنے میں مدد کے لیے کیا کہ کن علاقوں سے رہائشیوں کو نکالنا ہے۔
جی پی ایسڈیٹاآتش فشاں پھٹنے کے بعد بھی مفید ہو سکتا ہے۔ چونکہ سگنلز مصنوعی سیاروں سے زمین کی طرف سفر کرتے ہیں، اس لیے انہیں آتش فشاں کے جو بھی مواد ہوا میں نکل رہا ہے اس سے گزرنا پڑتا ہے۔ 2013 میں کئی ریسرچ گروپس نے مطالعہ کیا۔جی پی ایسڈیٹاچار سال پہلے الاسکا میں ریڈوبٹ آتش فشاں کے پھٹنے سے اور پتہ چلا کہ پھٹنے کے فوراً بعد سگنل مسخ ہو گئے۔
بگاڑ کا مطالعہ کرکے، سائنسدان اندازہ لگا سکتے تھے کہ کتنی راکھ نکلی تھی اور کتنی تیزی سے سفر کر رہی تھی۔ ایک آنے والے مقالے میں، لارسن نے اسے "آتش فشاں کے پلموں کا پتہ لگانے کا ایک نیا طریقہ" قرار دیا۔
وہ اور اس کے ساتھی اسمارٹ فون کی قسم کے ساتھ ایسا کرنے کے طریقوں پر کام کر رہے ہیں۔جی پی ایسریسیورزمہنگے سائنسی ریسیورز کے بجائے۔ یہ آتش فشاں کے ماہرین کو نسبتاً سستا GPS نیٹ ورک قائم کرنے اور راکھ کے پلموں کے بڑھتے ہی نگرانی کرنے کے قابل بنا سکتا ہے۔ ہوائی جہازوں کے لیے آتش فشاں پلمس ایک بڑا مسئلہ ہے، جنہیں راکھ کے گرد اڑنا پڑتا ہے بجائے اس کے کہ ذرات اپنے جیٹ انجنوں کو بند کر دیں۔
3. برف کی جانچ کریں۔
کے کچھ انتہائی غیر متوقع استعمالجی پی ایساس کے سگنل کے سب سے گندے حصوں سے آتے ہیں — وہ حصے جو زمین سے اچھالتے ہیں۔
ایک عامجی پی ایسوصول کنندہآپ کے سمارٹ فون کی طرح، زیادہ تر سگنلز اٹھاتا ہے جو براہ راست آ رہے ہیں۔جی پی ایسسیٹلائٹس اوپر. لیکن یہ سگنلز بھی اٹھاتا ہے جو آپ جس زمین پر چل رہے ہیں اس پر اچھال چکے ہیں اور آپ کے اسمارٹ فون تک جھلکتے ہیں۔
کئی سالوں سے سائنس دانوں کا خیال تھا کہ یہ منعکس ہونے والے سگنل شور کے سوا کچھ نہیں ہیں، ایک قسم کی بازگشت جس نے ڈیٹا کو گدلا کر دیا اور یہ جاننا مشکل بنا دیا کہ کیا ہو رہا ہے۔ لیکن تقریباً 15 سال پہلے لارسن اور دیگر لوگوں نے سوچنا شروع کیا کہ کیا وہ سائنسی GPS ریسیورز کی بازگشت سے فائدہ اٹھا سکتے ہیں۔ اس نے ان سگنلز کی فریکوئنسیوں کو دیکھنا شروع کیا جو زمین سے منعکس ہوتے ہیں اور وہ ان سگنلز کے ساتھ کیسے ملتے ہیں جو براہ راست ریسیور پر پہنچے تھے۔ اس سے وہ سطح کی ان خصوصیات کا اندازہ لگا سکتی تھی جن کی بازگشت اچھال چکی تھی۔ لارسن کا کہنا ہے کہ "ہم نے صرف ان بازگشتوں کو ریورس انجینئر کیا ہے۔
یہ نقطہ نظر سائنسدانوں کو GPS ریسیور کے نیچے زمین کے بارے میں جاننے کی اجازت دیتا ہے - مثال کے طور پر مٹی میں کتنی نمی ہے یا سطح پر کتنی برف جمع ہوئی ہے۔ (زمین پر جتنی زیادہ برف پڑتی ہے، ایکو اور ریسیور کے درمیان فاصلہ اتنا ہی کم ہوتا ہے۔) GPS اسٹیشن برف کی گہرائی کی پیمائش کرنے کے لیے سنو سینسر کے طور پر کام کر سکتے ہیں، جیسے کہ پہاڑی علاقوں میں جہاں ہر سال اسنو پیک پانی کا ایک بڑا ذریعہ ہوتا ہے۔
یہ تکنیک آرکٹک اور انٹارکٹیکا میں بھی اچھی طرح کام کرتی ہے، جہاں سال بھر برف باری کی نگرانی کرنے والے چند موسمی اسٹیشن موجود ہیں۔ میٹ سیگفرائیڈ، جو اب گولڈن میں کولوراڈو اسکول آف مائنز میں ہیں، اور ان کے ساتھیوں نے 2007 سے 2017 تک مغربی انٹارکٹیکا کے 23 GPS اسٹیشنوں پر برف کے جمع ہونے کا مطالعہ کیا۔ انہیں معلوم ہوا کہ وہ بدلتی ہوئی برف کی براہ راست پیمائش کر سکتے ہیں۔ یہ ان محققین کے لیے اہم معلومات ہیں جو اس بات کا اندازہ لگا رہے ہیں کہ انٹارکٹک کی برف کی چادر ہر موسم سرما میں کتنی برف بنتی ہے — اور اس کا موازنہ ہر موسم گرما میں پگھلنے والی چیزوں سے کیسے ہوتا ہے۔
4. ڈوبنے کا احساس کریں۔
جی پی ایسہوسکتا ہے کہ ٹھوس زمین پر محل وقوع کی پیمائش کرنے کے طریقے کے طور پر شروع ہوا ہو، لیکن یہ پانی کی سطح میں ہونے والی تبدیلیوں کی نگرانی کے لیے بھی مفید ثابت ہوا۔
جولائی میں، بولڈر، کولوراڈو میں UNAVCO جیو فزکس ریسرچ آرگنائزیشن کے ایک انجینئر جان گیلیٹزکا نے خود کو بنگلہ دیش میں گنگا اور برہم پترا ندیوں کے سنگم پر GPS اسٹیشن لگاتے ہوئے پایا۔ مقصد اس بات کی پیمائش کرنا تھا کہ آیا دریا کی تلچھٹ کمپیکٹ ہو رہی ہے اور زمین آہستہ آہستہ ڈوب رہی ہے — جو اسے اشنکٹبندیی طوفانوں اور سطح سمندر میں اضافے کے دوران سیلاب کا زیادہ خطرہ بناتی ہے۔ گالیٹزکا کا کہنا ہے کہ "جی پی ایس ایک حیرت انگیز ٹول ہے جو اس سوال کا جواب دینے میں مدد کرتا ہے اور بہت کچھ۔"
سوناتلا نامی کاشتکاری برادری میں، مینگروو کے جنگل کے کنارے پر، گالیٹزکا اور ان کے ساتھیوں نے ایکجی پی ایسایک پرائمری اسکول کی کنکریٹ کی چھت پر اسٹیشن۔ انہوں نے قریب ہی ایک دوسرا اسٹیشن قائم کیا، ایک چھڑی کے اوپر چاول کے دھان میں ہتھوڑا لگایا گیا تھا۔ اگر زمین واقعی دھنس رہی ہے تو دوسرا جی پی ایس اسٹیشن ایسا لگے گا جیسے آہستہ آہستہ زمین سے نکل رہا ہو۔ اور اسٹیشنوں کے نیچے جی پی ایس کی بازگشت کی پیمائش کرکے، سائنسدان عوامل کی پیمائش کر سکتے ہیں جیسے کہ بارش کے موسم میں چاول کے دھان میں کتنا پانی کھڑا ہوتا ہے۔
جی پی ایسریسیورزیہاں تک کہ سمندری ماہرین اور بحری جہازوں کی مدد کر سکتے ہیں، جوار کی پیمائش کے طور پر کام کرتے ہوئے. لارسن نے کیچمک بے، الاسکا سے جی پی ایس ڈیٹا کے ساتھ کام کرتے ہوئے اس پر ٹھوکر کھائی۔ یہ اسٹیشن ٹیکٹونک اخترتی کا مطالعہ کرنے کے لیے قائم کیا گیا تھا، لیکن لارسن متجسس تھا کیونکہ خلیج میں ریاست ہائے متحدہ امریکہ میں سمندری لہروں کی کچھ بڑی تبدیلیاں بھی ہیں۔ اس نے GPS سگنلز کو دیکھا جو پانی سے اچھل رہے تھے اور ریسیور تک، اور سمندری تبدیلیوں کو قریب قریب بندرگاہ میں حقیقی ٹائیڈ گیج کی طرح درست طریقے سے ٹریک کرنے کے قابل تھی۔
یہ دنیا کے ان حصوں میں مددگار ثابت ہو سکتا ہے جہاں طویل مدتی ٹائیڈ گیجز سیٹ اپ نہیں ہیں — لیکن ایسا ہوتا ہے کہقریبی GPS اسٹیشن۔
5. ماحول کا تجزیہ کریں۔
آخر میں،جی پی ایسآسمان کے اوپر کے بارے میں معلومات کو چھیڑ سکتا ہے، ایسے طریقوں سے جو سائنسدانوں نے چند سال پہلے تک ممکن نہیں سوچا تھا۔ پانی کے بخارات، برقی چارج شدہ ذرات، اور دیگر عوامل ماحول میں سفر کرنے والے GPS سگنلز میں تاخیر کر سکتے ہیں، اور یہ محققین کو نئی دریافتیں کرنے کی اجازت دیتا ہے۔
سائنسدانوں کا ایک گروپ استعمال کرتا ہے۔جی پی ایسفضا میں پانی کے بخارات کی مقدار کا مطالعہ کرنا جو بارش یا برف کے طور پر باہر نکلنے کے لیے دستیاب ہے۔ محققین نے ان تبدیلیوں کا استعمال اس بات کا حساب لگانے کے لیے کیا ہے کہ بھیگنے والی بارشوں میں آسمان سے کتنا پانی گرنے کا امکان ہے، جس سے پیشن گوئی کرنے والوں کو جنوبی کیلیفورنیا جیسی جگہوں پر سیلاب کی اپنی پیشین گوئیوں کو ٹھیک کرنے کی اجازت ملتی ہے۔ جولائی 2013 کے طوفان کے دوران، ماہرین موسمیات نے استعمال کیا۔جی پی ایسساحل پر منتقل ہونے والی مون سون کی نمی کو ٹریک کرنے کے لیے ڈیٹا، جو کہ سیلاب سے 17 منٹ قبل وارننگ جاری کرنے کے لیے اہم معلومات ثابت ہوئی۔
جی پی ایسسگنلزاس وقت بھی متاثر ہوتے ہیں جب وہ اوپری فضا کے برقی چارج شدہ حصے سے گزرتے ہیں، جسے آئن اسپیئر کہا جاتا ہے۔ سائنسدانوں نے استعمال کیا ہے۔جی پی ایسڈیٹانیچے سمندر میں سونامی کی دوڑ کے طور پر آئن اسپیئر میں ہونے والی تبدیلیوں کو ٹریک کرنا۔ (سونامی کی قوت فضا میں ایسی تبدیلیاں پیدا کرتی ہے جو پورے آئن اسفیئر تک پھیل جاتی ہے۔) یہ تکنیک ایک دن سونامی کی وارننگ کے روایتی طریقہ کی تکمیل کر سکتی ہے، جو سفری لہر کی اونچائی کو ماپنے کے لیے سمندر کے پار بندھے ہوئے بوائز کا استعمال کرتی ہے۔ .
اور سائنس دان کل سورج گرہن کے اثرات کا بھی مطالعہ کرنے کے قابل ہو چکے ہیں۔جی پی ایس. اگست 2017 میں، انہوں نے استعمال کیاجی پی ایس اسٹیشنزپورے امریکہ میں یہ پیمائش کرنے کے لیے کہ چاند کا سایہ پورے براعظم میں منتقل ہونے کے ساتھ ہی اوپری فضا میں الیکٹرانوں کی تعداد کیسے کم ہوئی، جس سے روشنی مدھم ہو گئی جس سے الیکٹران پیدا ہوتے تھے۔
توجی پی ایسآپ کے پیروں کے نیچے زمین ہلنے سے لے کر آسمان سے گرنے والی برف تک ہر چیز کے لیے مفید ہے۔ کسی ایسی چیز کے لئے برا نہیں ہے جس کے بارے میں سمجھا جاتا تھا کہ آپ کو پورے شہر میں اپنا راستہ تلاش کرنے میں مدد کرنا ہے۔
This article originally appeared in Knowable Magazine, an independent journalistic endeavor from Annual Reviews. Sign up for the newsletter.
