Bernese teoretiske astrofysiker Kevin Heng lavede en sjælden bedrift: På papiret løste han det matematiske problem med at beregne refleksionen af lys fra planeter og satellitter. Dataene kan nu fortolkes på en enkel måde, for eksempel for at forstå planetariske atmosfærer.
I tusinder af år har menneskeheden observeret månens skiftende faser. Stigningen og faldet af sollys, der reflekteres fra månen, som det ser ud for os fra forskellige vinkler, er kendt som "fasekurven". At måle fasekurverne for Månen og solsystemets planeter er en gammel gren af astronomi, der er mindst hundrede år gammel. Formerne på disse fasekurver indeholder information om disse himmellegemers overflader og atmosfærer. I dag måler astronomer fasekurverne for exoplaneter ved hjælp af rumteleskoper som Hubble, Spitzer, TESS og CHEOPS. Disse observationer sammenlignes med teoretiske forudsigelser. Dette kræver en metode til at beregne disse fasekurver. Dette indebærer at finde en løsning på et matematisk problem relateret til strålingens fysik.
Problemet med at beregne det reflekterede lys fra solsystemets planeter blev stillet af den amerikanske astronom Henry Norris Russell i et indflydelsesrigt værk fra 1916. Ved at kombinere ideerne fra sine forgængeres løsning - autoritative videnskabsmænd - var Heng i stand til at nedskrive matematiske løsninger for reflektionskraften (albedo) og fasekurvens form, og helt på papir og uden at ty til hjælp fra en computer . Det innovative ved disse løsninger er, at de er gældende for enhver kortlægningslov, hvilket betyder, at de kan bruges på en meget generel måde. Det afgørende øjeblik kom, da videnskabsmanden sammenlignede sine beregninger på papir med, hvad andre forskere havde gjort ved hjælp af computerberegninger. Og var overrasket over, hvor godt de matchede.
Også interessant:
- Den første ukrainske mission til Månen vil blive udført i 2022
- NASA er ved at forberede opsendelsen af Lusy, den første mission til de trojanske asteroider
"Jeg er ikke kun begejstret for opdagelsen af en ny teori, men også over dens vigtige implikationer for datafortolkning," siger Heng. For eksempel målte Cassini-rumfartøjet Jupiters fasekurver i begyndelsen af 2000'erne, men der var ikke tidligere blevet foretaget en dybdegående analyse af disse data, sandsynligvis fordi beregningerne var for beregningsmæssigt dyre. Ved hjælp af det nye løsningssystem var Heng i stand til at analysere Cassinis fasekurver og konkludere, at Jupiters atmosfære er fyldt med skyer, der består af store, uregelmæssige partikler af forskellig størrelse. Denne parallelle undersøgelse er netop blevet offentliggjort i Astrophysical Journal Letters.
Evnen til at nedskrive de matematiske løsninger for de reflekterede lysfasekurver på papir betyder, at de kan bruges til dataanalyse i løbet af få sekunder. Dette åbner op for nye måder at fortolke data på, som tidligere var umulige. Heng samarbejder med Pierre Osler-Desrotour fra Paris Observatory for yderligere at generalisere disse matematiske løsninger.
Heng og hans medforfattere har demonstreret en ny måde at analysere fasekurven for exoplaneten Kepler-7b opnået med Kepler-rumteleskopet. Brett Morris ledede noget af dataanalysearbejdet. De arbejder i øjeblikket sammen med forskere fra det amerikanske rumteleskop TESS for at analysere TESS-fasekurvedataene. Heng forudser, at disse nye løsninger vil føre til nye måder at analysere fasekurvedata fra det kommende James Webb Space Telescope, som er planlagt til at blive opsendt i 2021. "Det, der glæder mig mest, er, at disse matematiske løsninger vil forblive relevante længe efter, at jeg er gået, og måske kommer ind i standard lærebøger," sagde Heng.
Læs også:
- Astrofysikere sporede for første gang sammensmeltningen af neutronstjerner og sorte huller
- Hubbles analog, SuperBIT-teleskopet, vil blive opsendt på en ballon i 2022