Ocean optics
سمندری آپٹکس اس بات کا مطالعہ ہے کہ روشنی پانی اور پانی میں موجود مادوں کے ساتھ کس طرح تعامل کرتی ہے۔ اگرچہ تحقیق اکثر سمندر پر مرکوز ہوتی ہے، اس میدان میں بڑے پیمانے پر دریا، جھیلیں، اندرون ملک پانی، ساحلی پانی اور بڑے سمندری طاس شامل ہیں۔ پانی میں روشنی کس طرح کام کرتی ہے یہ اس بات کے لیے اہم ہے کہ ماحولیاتی نظام پانی کے اندر کیسے کام کرتے ہیں۔ آبی ریموٹ سینسنگ تحقیق میں سمندری آپٹکس کا علم ضروری ہے تاکہ یہ سمجھا جا سکے کہ پانی کے رنگ سے کون سی معلومات نکالی جا سکتی ہیں جیسا کہ خلا میں سیٹلائٹ سینسرز سے ظاہر ہوتا ہے۔ مصنوعی سیاروں کے ذریعے دیکھے جانے والے پانی کے رنگ کو سمندری رنگ کہا جاتا ہے۔ اگرچہ سمندر کا رنگ سمندری آپٹکس کا ایک کلیدی موضوع ہے، آپٹکس ایک وسیع تر اصطلاح ہے جس میں پانی کے اندر سینسرز کی ترقی بھی شامل ہے جو صرف رنگ سے کہیں زیادہ مطالعہ کرنے کے لیے آپٹیکل طریقوں کا استعمال کرتے ہیں، بشمول سمندری کیمسٹری، ذرہ سائز، خوردبین پودوں اور جانوروں کی امیجنگ، اور بہت کچھ۔ آپٹیکل طور پر گہری کلیدی اصطلاحات جہاں پانی "آپٹیکل طور پر گہرا" ہوتا ہے، نیچے آنے والی سورج کی روشنی کی عکاسی نہیں کرتا ہے، اور سمندر کی سطح کو انسان یا سیٹلائٹ نہیں دیکھ سکتے ہیں۔ رقبے کے لحاظ سے دنیا کے سمندروں کی اکثریت بصری طور پر گہری ہے۔ آپٹیکل طور پر گہرا پانی اب بھی کل جسمانی گہرائی کے لحاظ سے نسبتا اتلی پانی ہو سکتا ہے، جب تک کہ پانی بہت گندا ہو، جیسے کہ دریاؤں میں۔ آپٹیکل طور پر اتلی جہاں پانی "آپٹیکل طور پر اتلی" ہوتا ہے، نیچے روشنی کی عکاسی کرتا ہے اور اکثر انسانوں اور مصنوعی سیاروں کے ذریعے دیکھا جا سکتا ہے۔ یہاں، سمندری آپٹکس کو یہ مطالعہ کرنے کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے کہ پانی کے نیچے کیا ہے۔ سینسرز کو وہ کس رنگ کے دکھائی دیتے ہیں اس کی بنیاد پر، محققین رہائش گاہ کی اقسام کا نقشہ بنا سکتے ہیں، بشمول میکرو ایلگی، مرجان، سمندری گھاس کے بستر، اور بہت کچھ۔ اتلی پانی کے ماحول کی نقشہ سازی کے لیے سمندری آپٹکس کے علم کی ضرورت ہوتی ہے کیونکہ نیچے سمندر کی تہہ کے ماحول کے رنگ کو دیکھتے وقت پانی کے رنگ کا حساب رکھنا ضروری ہے۔ انہرنٹ آپٹیکل پراپرٹیز (آئی او پیز) انہرنٹ آپٹیکل پراپرٹیز (آئی او پیز) کا انحصار اس بات پر ہوتا ہے کہ پانی میں کیا ہے۔ یہ خصوصیات ایک جیسی رہتی ہیں اس سے کوئی فرق نہیں پڑتا کہ آنے والی روشنی کیا کر رہی ہے (دن یا رات کے وقت، کم سورج کا زاویہ یا زیادہ سورج کا زاویہ)۔ جذب بڑی مقدار میں تحلیل شدہ مادوں کے ساتھ پانی، جیسے کہ بڑی مقدار میں رنگین تحلیل شدہ نامیاتی مادے (سی ڈی او ایم) والی جھیلیں، زیادہ روشنی کے جذب کا تجربہ کرتی ہیں۔ فائٹوپلانکٹن اور دیگر ذرات بھی روشنی کو جذب کرتے ہیں۔ سمندری برف کے ساتھ بکھرے ہوئے علاقے، بڑی مقدار میں معطل تلچھٹ کے ساتھ صحن، اور بڑی مقدار میں برفانی آٹے والی جھیلیں ہائی لائٹ بکھرے ہوئے آبی ذخائر کی مثالیں ہیں۔ تمام ذرات روشنی کو کسی حد تک منتشر کرتے ہیں، بشمول پلانکٹن، معدنیات اور ڈیٹریٹس۔ ذرات کا سائز اس بات پر اثر انداز ہوتا ہے کہ مختلف رنگوں پر کتنا بکھرنا ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر، بہت چھوٹے ذرات دوسرے رنگوں کے مقابلے نیلے رنگوں میں روشنی کو تیزی سے بکھرے ہوئے ہیں، یہی وجہ ہے کہ سمندر اور آسمان عام طور پر نیلے ہوتے ہیں (جسے ریلیگ بکھرنا کہا جاتا ہے)۔ بکھرے بغیر، روشنی کہیں بھی (سورج یا دوسرے ماخذ سے براہ راست بیم سے باہر) "نہیں جائے گی" اور ہم اپنے ارد گرد کی دنیا کو نہیں دیکھ پائیں گے۔ پانی میں تخفیف تخفیف، جسے بیم تخفیف یا بیم تخفیف گتانک بھی کہا جاتا ہے، تمام جذب اور بکھرنے کا مجموعہ ہے۔ ایک مخصوص سمت میں روشنی کے بیم کی شدت کو ٹرانسمیسومیٹر نامی آلے سے ماپا جا سکتا ہے۔ آپرینٹ آپٹیکل پراپرٹیز (اے او پیز) آپرینٹ آپٹیکل پراپرٹیز (اے او پیز) کا انحصار اس بات پر ہے کہ پانی میں کیا ہے (آئی او پیز) اور سورج سے آنے والی روشنی کے ساتھ کیا ہو رہا ہے۔ اے او پیز آئی او پیز پر سب سے زیادہ مضبوطی سے انحصار کرتے ہیں اور صرف کچھ حد تک آنے والی روشنی عرف "لائٹ فیلڈ" پر انحصار کرتے ہیں۔ روشنی کے میدان کی خصوصیات جو اے او پیز کی پیمائش کو متاثر کر سکتی ہیں ان میں وہ زاویہ شامل ہے جس پر روشنی پانی کی سطح سے ٹکراتی ہے (آسمان میں اونچا بمقابلہ آسمان میں کم، اور کمپاس کی سمت) اور موسم اور آسمان کے حالات (بادل، ماحولیاتی دھند، دھند، یا سمندری حالت عرف پانی کی سطح کی کھردری)۔ ریموٹ سینسنگ ریفلیکٹنس (آر آر ایس) ریموٹ سینسنگ ریفلیکٹنس (آر آر ایس) سمندر کی سطح کے نیچے سے تمام رنگوں میں نکلنے والی روشنی کی ایک پیمائش ہے، جو تمام رنگوں پر آنے والی سورج کی روشنی سے معمول بن جاتی ہے۔ چونکہ آر آر ایس ایک تناسب ہے، اس لیے یہ روشنی کے میدان کے ساتھ جو کچھ ہو رہا ہے اس کے لیے قدرے کم حساس ہے (جیسے سورج کا زاویہ یا ماحولیاتی ہلکا پن)۔ آر آر ایس کی پیمائش دو جوڑے والے سپیکٹرو ریڈیو میٹر کا استعمال کرتے ہوئے کی جاتی ہے جو بیک وقت آسمان سے آنے والی روشنی اور نیچے پانی سے آنے والی روشنی کی پیمائش کئی طول موج پر کرتے ہیں۔ چونکہ یہ روشنی سے روشنی کے تناسب کی پیمائش ہے، توانائی کی اکائیاں منسوخ ہو جاتی ہیں، اور پیمائش کی کونیی نوعیت کی وجہ سے آر آر ایس میں فی سٹیریڈین (ایس آر-1) کی اکائیاں ہوتی ہیں (اوپر کی روشنی کو ایک مخصوص زاویے پر ماپا جاتا ہے، اور آنے والی روشنی کو پانی کی سطح کے اوپر نصف نصف کرہ نما علاقے سے فلیٹ پلین پر ماپا جاتا ہے)۔ ہلکی تخفیف گتانک (Kd) Kd روشنی کی تخفیف (Kd) کا پھیلاؤ (یا نیچے کی طرف) گتانک ہے، جسے صرف ہلکی تخفیف، عمودی معدومیت گتانک، یا معدومیت گتانک بھی کہا جاتا ہے۔ Kd پانی میں گہرائی کے ساتھ روشنی کی کمی کی شرح کو فی میٹر (m−1) کی اکائیوں میں بیان کرتا ہے۔ "ڈی" کا مطلب ڈاون ویلنگ لائٹ ہے، جو کہ سینسر کے اوپر سے نصف نصف شکل (یعنی باسکٹ بال کا نصف) میں آنے والی روشنی ہے۔ سائنس دان بعض اوقات فوٹو سنتھیٹک طور پر فعال تابکاری (پی اے آر) کے لحاظ سے پودوں کے لیے دستیاب کل مرئی روشنی میں کمی کو بیان کرنے کے لیے کے ڈی کا استعمال کرتے ہیں-جسے "کے ڈی (پی اے آر)" کہا جاتا ہے۔ دوسرے معاملات میں، کے ڈی رنگوں یا طول موج کے سپیکٹرم پر گہرائی کے ساتھ روشنی میں کمی کو بیان کر سکتا ہے، جسے عام طور پر "کے ڈی (λ)" لکھا جاتا ہے۔ ایک رنگ (ایک طول موج) پر کے ڈی ایک رنگ کی گہرائی کے ساتھ روشنی میں کمی کو بیان کر سکتا ہے، جیسے کہ 490 این ایم طول موج پر نیلی روشنی میں کمی، جسے "کے ڈی (490)" لکھا جاتا ہے۔ عام طور پر، کے ڈی کا حساب بیئر کے قانون اور پانی کی سطح کے بالکل نیچے سے جمع کردہ روشنی کی پیمائش کا ایک سلسلہ استعمال کرتے ہوئے کیا جاتا ہے۔ بندش "بندش" سے مراد یہ ہے کہ نظری سمندروں کے ماہر نمونوں اور پیمائشوں کی مستقل مزاجی کی پیمائش کیسے کرتے ہیں۔ نمونے کسی بھی ایسی چیز کا حوالہ دیتے ہیں جس کی پانی میں واضح طور پر پیمائش نہیں کی جاتی ہے، بشمول سیٹلائٹ سے ماخوذ متغیرات جن کا تخمینہ تجرباتی تعلقات کا استعمال کرتے ہوئے کیا جاتا ہے (مثال کے طور پر، سیٹلائٹ سے ماخوذ کلوروفل-ایک ارتکاز کا تخمینہ تجرباتی تعلق کا استعمال کرتے ہوئے سبز اور نیلے ریموٹ سینسنگ عکاسی کے درمیان تناسب سے لگایا جاتا ہے)۔ بندش میں پیمائش کی بندش، ماڈل کی بندش، ماڈل ڈیٹا کی بندش، اور پیمانے کی بندش شامل ہیں۔ جہاں ماڈل-ڈیٹا بندش کے تجربات ڈیٹا اور ماڈلز کے درمیان غلط صف بندی کو ظاہر کرتے ہیں، غلط صف بندی کی وجہ پیمائش کی غلطی، ماڈل کے ساتھ مسائل، دونوں، یا کسی دوسرے بیرونی عنصر کی وجہ سے ہو سکتی ہے۔ بنیادی پیداوار، فائٹوپلانکٹن، زوپلانکٹن، سمندری گھاس کے بستروں اور مرجان کی چٹانوں جیسے اتلی پانی کے رہائش گاہوں، سمندری بائیو جیو کیمسٹری، اوپری سمندر کو گرم کرنے، اور سمندری حیاتیاتی پمپ کے ذریعے گہرے پانیوں میں کاربن کی برآمد جیسے موضوعات کا مطالعہ کرنے کے لیے فوکس ایریا اوشین آپٹکس کا اطلاق کیا گیا ہے۔ برقی مقناطیسی سپیکٹرم کا حصہ جو عام طور پر سمندری آپٹکس میں شامل ہوتا ہے اور اورکت کے ذریعے بالائے بنفشی ہوتا ہے، تقریبا 300 این ایم سے 2000 این ایم طول موج سے کم ہوتا ہے۔ سمندروں میں استعمال ہونے والے عام نظری سینسر سب سے زیادہ استعمال ہونے والے نظری سمندری سینسر پی اے آر سینسر، کلوروفل-ایک فلوروسینس سینسر (فلورومیٹر)، اور ٹرانسمیسومیٹر ہیں۔ یہ تینوں آلات اکثر سی ٹی ڈی (چالکتا-درجہ حرارت-گہرائی)-روسیٹ نمونوں پر نصب ہوتے ہیں۔ یہ آلات کئی سالوں سے کلیور گو-شپ مہم جیسے عالمی ریپیٹ اوشینوگرافک سروے میں سی ٹی ڈی-روسیٹس پر استعمال ہوتے رہے ہیں۔ سمندری آپٹیکل آلات میں ذرات کا سائز اکثر سمندر میں ذرات کے سائز کے سپیکٹرم کی پیمائش کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر، فائٹوپلانکٹن کے جاندار سائز میں چند مائکرون (مائکرو میٹر، مائکرو میٹر) سے لے کر سینکڑوں مائکرون تک ہو سکتے ہیں۔ ذرات کے سائز کو اکثر یہ اندازہ لگانے کے لیے ماپا جاتا ہے کہ ذرات کتنی جلدی ڈوب جائیں گے، اور اس لیے پودے سمندر کے حیاتیاتی پمپ میں کاربن کو کتنی مؤثر طریقے سے الگ کر سکتے ہیں۔ سمندری ذرات اور حیاتیات کی امیجنگ سائنس دان فلو سائٹومیٹری اور ان سیٹو کیمرا سسٹمز کا استعمال کرتے ہوئے انفرادی چھوٹی اشیاء جیسے پلانکٹن اور ڈیٹریٹس ذرات کا مطالعہ کرتے ہیں۔ فلو سائٹومیٹر سائز کی پیمائش کرتے ہیں اور ٹیوب سسٹم سے بہتے ہوئے انفرادی ذرات کی تصاویر لیتے ہیں۔ ایسا ہی ایک آلہ امیجنگ فلو سائٹو بوٹ (آئی ایف سی بی) ہے۔ ان سیٹو کیمرے کے نظام کو اکیلے یا دوسرے آلات سے منسلک، تحقیقی برتن کے کنارے پر تعینات کیا جاتا ہے، اور وہ پانی میں موجود ذرات کی تصویر لینے کے لیے خود پانی کی تصاویر کھینچتے ہیں۔ ایسا ہی ایک آلہ انڈر واٹر ویژن پروفائلر (یو وی پی) ہے۔ سمندر میں استعمال ہونے والی دیگر امیجنگ ٹیکنالوجیز میں ہولوگرافی اور پارٹیکل امیجنگ ویلوسیمیٹری (پی آئی وی) شامل ہیں، جو پانی کے اندر موجود ذرات کی حرکت کو ٹریک کرنے کے لیے تھری ڈی ویڈیو فوٹیج کا استعمال کرتی ہیں۔ سیٹلائٹ ریموٹ سینسنگ اوشین آپٹکس ریسرچ کی حمایت میں کی گئی تحقیق "ان سیٹو" (تحقیقی جہازوں، چھوٹی کشتیوں، یا بندرگاہوں اور گھاٹوں سے) ایسی تحقیق کی حمایت کرتی ہے جو سیٹلائٹ ڈیٹا کا استعمال کرتی ہے۔ سیٹو آپٹیکل پیمائش ایک طریقہ فراہم کرتی ہے: 1) سیٹلائٹ سینسرز کو انشانکن کریں جب وہ صرف ڈیٹا اکٹھا کرنا شروع کر رہے ہوں، 2) مصنوعات یا متغیرات حاصل کرنے کے لیے الگورتھم تیار کریں جیسے کلوروفل-ایک ارتکاز، اور 3) سیٹلائٹ سے حاصل کردہ ڈیٹا پروڈکٹس کی توثیق کریں۔ سیٹلائٹ کے اعداد و شمار کا استعمال کرتے ہوئے، محققین سیٹلائٹ کے ذریعہ دیکھے گئے رنگ پروفائل کی بنیاد پر ذرہ سائز، کاربن، پانی کے معیار، پانی کی وضاحت، اور نیچے کی قسم جیسی چیزوں کا تخمینہ لگاتے ہیں۔ ان تمام تخمینوں (عرف ماڈلز) کو سیٹو میں کی گئی نظری پیمائش سے موازنہ کرکے تصدیق کی جانی چاہیے۔ ان سیٹو ڈیٹا اکثر عوامی طور پر قابل رسائی ڈیٹا لائبریریوں جیسے سی باس ڈیٹا آرکائیو سے دستیاب ہوتے ہیں۔ اوشیانوگرافروں، طبیعیات دانوں اور دیگر سائنسدانوں جنہوں نے سمندری آپٹکس کے میدان میں بڑی شراکت کی ہے ان میں (نامکمل فہرست) شامل ہیں: ڈیوڈ انٹون، مارسل بابین، پاؤلا بونٹیمپی، ایمانوئل باس، اینک بریکاڈ، کینڈل کارڈر، ایوونا سیٹینیک، ایڈورڈ فرائی، ہیڈی ڈائرسن، ڈیوڈ ڈاکسرن، جین کارل فیلڈ مین، ہاورڈ گورڈن، چوانمین ہو، نیلس گنر جرلوف، جارج کٹوار، جان کرک، ژونگ پنگ لی، ہیوبرٹ لوسیل، اسٹیفن میریٹورینا، مائیکل مشچینکو، کرٹس موبلے، بروس مونگر، آندرے موریل، مائیکل مورس، نارم نیلسن، میری جین پیری، روڈولف۔ اگرچہ سمندری آپٹکس مطالعہ کا ایک بین الضابطہ شعبہ ہے جس کا اطلاق مختلف موضوعات پر ہوتا ہے، لیکن اسے اکثر سمندری سائنس اور سمندری سائنس کے گریجویٹ پروگراموں میں کورس کے طور پر نہیں پڑھایا جاتا ہے۔ بہت سے مختلف اداروں کے گریجویٹ طلباء کے لیے دو سمر ٹرم کورسز تیار کیے گئے ہیں۔ سب سے پہلے، انٹرنیشنل اوشین کلر کوآرڈینیٹنگ گروپ (آئی او سی سی جی) کے زیر انتظام سمر لیکچر سیریز ہوتی ہے جو عام طور پر فرانس میں ہوتی ہے۔ دوسرا، ریاستہائے متحدہ میں ایک جاری کورس ہے جسے واشنگٹن اسٹیٹ میں "آپٹیکل اوشیانوگرافی کلاس" یا "اوشین آپٹکس کلاس" کہا جاتا ہے اور بعد میں مین میں، جو 1985 سے مسلسل چل رہا ہے۔ آزادانہ تعلیم کے لیے، کرٹ موبلے، کولن روسلر، اور ایمانوئل باس نے اوشین آپٹکس ویب بک کو ایک کھلی رسائی والی آن لائن گائیڈ کے طور پر لکھا۔ متعلقہ فیلڈز اور موضوعات بھی دیکھیں: ایٹموسفیرک آپٹکس پانی کے برقی مقناطیسی سپیکٹرم کا رنگ آپٹکس کی تاریخ اوشیانوگرافی اوشیانوگرافی آپٹیکل گہرائی سپیکٹرم رنگ شفافیت اور ٹرانسلوسینسی مرئی سپیکٹرم پانی کی وضاحت ریموٹ سینسنگ پانی کے معیار موروثی اور ظاہری نظری خصوصیات اور پانی میں طریقے: جذب (برقی مقناطیسی تابکاری) ارگو (سمندری سائنس) تخفیف گتانک بیئر-لیمبرٹ قانون میرین آپٹیکل بوائے سیکچی ڈسک ریموٹ سینسنگ اور ریڈیو میٹرک طریقے: البیڈو ایٹموسفیرک اصلاح ناسا ارتھ سائنس سپیکٹرالون حوالہ جات مزید پڑھنا اوشیئن آپٹکس ویب بک اوشیانوگرافی اپلائیڈ اور بین الضابطہ طبیعیات بکھرنا، جذب اور تابکاری منتقلی (آپٹکس) آپٹکس میرین بائیولوجی آبی حیاتیاتی حیاتیات