قام عالم الفيزياء الفلكية النظرية في برن ، كيفن هينج ، بعمل نادر: على الورق ، حل مشكلة رياضية لحساب انعكاس الضوء من الكواكب والأقمار الصناعية. يمكن الآن تفسير البيانات بطريقة بسيطة ، على سبيل المثال لفهم الغلاف الجوي للكواكب.
منذ آلاف السنين ، لاحظ الجنس البشري المراحل المتغيرة للقمر. يُعرف صعود وهبوط ضوء الشمس المنعكس من القمر كما يظهر أمامنا من زوايا مختلفة باسم "منحنى الطور". يعد قياس منحنيات الطور للقمر وكواكب النظام الشمسي فرعًا قديمًا من علم الفلك لا يقل عمره عن مائة عام. تحتوي أشكال منحنيات الطور هذه على معلومات حول الأسطح والأغلفة الجوية لهذه الأجرام السماوية. في الوقت الحاضر ، يقيس علماء الفلك منحنيات الطور للكواكب الخارجية باستخدام تلسكوبات فضائية مثل Hubble و Spitzer و TESS و CHEOPS. تتم مقارنة هذه الملاحظات مع التوقعات النظرية. هذا يتطلب طريقة لحساب منحنيات الطور هذه. يتضمن ذلك إيجاد حل لمشكلة رياضية تتعلق بفيزياء الإشعاع.
طرح عالم الفلك الأمريكي هنري نوريس راسل مشكلة حساب الضوء المنعكس من كواكب النظام الشمسي في عمل مؤثر عام 1916. من خلال الجمع بين الأفكار من حل أسلافه - العلماء الموثوقين - تمكن Heng من كتابة الحلول الرياضية لقوة الانعكاس (البياض) وشكل منحنى الطور ، وبشكل كامل على الورق ودون اللجوء إلى الكمبيوتر . يتمثل الجانب المبتكر لهذه الحلول في أنها صالحة لأي قانون رسم خرائط ، مما يعني أنه يمكن استخدامها بطريقة عامة جدًا. جاءت اللحظة الحاسمة عندما قارن العالم حساباته على الورق مع ما فعله باحثون آخرون باستخدام حسابات الكمبيوتر. وقد اندهش من مدى توافقهما.
مثير للاهتمام أيضًا:
- سيتم تنفيذ أول مهمة أوكرانية إلى القمر في عام 2022
- ناسا تستعد لإطلاق Lusy ، أول مهمة لكويكبات طروادة
يقول هينج: "أنا لست متحمسًا فقط لاكتشاف نظرية جديدة ، ولكن أيضًا بشأن تداعياتها المهمة على تفسير البيانات". على سبيل المثال ، قامت المركبة الفضائية كاسيني بقياس منحنيات طور المشتري في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، ولكن لم يتم إجراء تحليل متعمق لهذه البيانات سابقًا ، ربما لأن الحسابات كانت مكلفة للغاية من الناحية الحسابية. باستخدام نظام الحل الجديد ، تمكن هينج من تحليل منحنيات الطور لكاسيني واستنتج أن الغلاف الجوي لكوكب المشتري مليء بالغيوم المكونة من جسيمات كبيرة غير منتظمة ذات أحجام مختلفة. تم نشر هذه الدراسة الموازية للتو في مجلة Astrophysical Journal Letters.
تعني القدرة على كتابة الحلول الرياضية لمنحنيات طور الضوء المنعكس على الورق أنه يمكن استخدامها لتحليل البيانات في غضون ثوانٍ. يفتح هذا طرقًا جديدة لتفسير البيانات التي كانت مستحيلة في السابق. يتعاون Heng مع Pierre Osler-Desrotour من مرصد باريس لتعميم هذه الحلول الرياضية بشكل أكبر.
أظهر Heng وزملاؤه طريقة جديدة لتحليل منحنى طور كوكب خارج المجموعة الشمسية Kepler-7b الذي تم الحصول عليه باستخدام تلسكوب كبلر الفضائي. قاد بريت موريس بعض أعمال تحليل البيانات. إنهم يعملون حاليًا مع علماء من تلسكوب الفضاء الأمريكي TESS لتحليل بيانات منحنى طور TESS. يتوقع Heng أن هذه الحلول الجديدة ستؤدي إلى طرق جديدة لتحليل بيانات منحنى الطور من تلسكوب جيمس ويب الفضائي القادم ، والذي من المقرر إطلاقه في عام 2021. قال هينج: "أكثر ما يسعدني هو أن هذه الحلول الرياضية ستظل مناسبة لفترة طويلة بعد رحيلي ، وربما تدخل الكتب المدرسية القياسية".
اقرأ أيضا:
- تتبع علماء الفيزياء الفلكية لأول مرة اندماج النجوم النيوترونية والثقوب السوداء
- سيتم إطلاق تلسكوب هابل ، تلسكوب SuperBIT ، على منطاد في عام 2022