Ο θεωρητικός αστροφυσικός από τη Βερνία Kevin Heng έκανε ένα σπάνιο επίτευγμα: στο χαρτί, έλυσε το μαθηματικό πρόβλημα του υπολογισμού της ανάκλασης του φωτός από πλανήτες και δορυφόρους. Τα δεδομένα μπορούν τώρα να ερμηνευθούν με απλό τρόπο, για παράδειγμα για να κατανοήσουμε τις πλανητικές ατμόσφαιρες.
Για χιλιάδες χρόνια, η ανθρωπότητα έχει παρατηρήσει τις μεταβαλλόμενες φάσεις της σελήνης. Η άνοδος και η πτώση του ηλιακού φωτός που αντανακλάται από το φεγγάρι καθώς εμφανίζεται μπροστά μας από διαφορετικές γωνίες είναι γνωστή ως «καμπύλη φάσης». Η μέτρηση των καμπυλών φάσης της Σελήνης και των πλανητών του Ηλιακού Συστήματος είναι ένας αρχαίος κλάδος της αστρονομίας που είναι τουλάχιστον εκατό ετών. Τα σχήματα αυτών των καμπυλών φάσης περιέχουν πληροφορίες για τις επιφάνειες και τις ατμόσφαιρες αυτών των ουράνιων σωμάτων. Σήμερα, οι αστρονόμοι μετρούν τις καμπύλες φάσης των εξωπλανητών χρησιμοποιώντας διαστημικά τηλεσκόπια όπως το Hubble, το Spitzer, το TESS και το CHEOPS. Αυτές οι παρατηρήσεις συγκρίνονται με θεωρητικές προβλέψεις. Αυτό απαιτεί μια μέθοδο υπολογισμού αυτών των καμπυλών φάσης. Αυτό περιλαμβάνει την εύρεση λύσης σε ένα μαθηματικό πρόβλημα που σχετίζεται με τη φυσική της ακτινοβολίας.
Το πρόβλημα του υπολογισμού του ανακλώμενου φωτός από τους πλανήτες του Ηλιακού Συστήματος έθεσε ο Αμερικανός αστρονόμος Χένρι Νόρις Ράσελ σε μια σημαντική εργασία του 1916. Συνδυάζοντας τις ιδέες από τη λύση των προκατόχων του - έγκυρων επιστημόνων - ο Heng μπόρεσε να γράψει μαθηματικές λύσεις για την ισχύ ανάκλασης (albedo) και το σχήμα της καμπύλης φάσης, και εντελώς σε χαρτί και χωρίς να καταφύγει στη βοήθεια υπολογιστή . Η καινοτόμος πτυχή αυτών των λύσεων είναι ότι ισχύουν για κάθε νόμο χαρτογράφησης, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν με πολύ γενικό τρόπο. Η καθοριστική στιγμή ήρθε όταν ο επιστήμονας συνέκρινε τους υπολογισμούς του σε χαρτί με αυτό που είχαν κάνει άλλοι ερευνητές χρησιμοποιώντας υπολογισμούς υπολογιστή. Και έμεινα έκπληκτος με το πόσο καλά ταίριαζαν.
Επίσης ενδιαφέρον:
- Η πρώτη ουκρανική αποστολή στη Σελήνη θα πραγματοποιηθεί το 2022
- Η NASA προετοιμάζεται για την εκτόξευση του Lusy, της πρώτης αποστολής στους Τρωικούς αστεροειδείς
«Δεν είμαι μόνο ενθουσιασμένος με την ανακάλυψη μιας νέας θεωρίας, αλλά και με τις σημαντικές επιπτώσεις της στην ερμηνεία δεδομένων», λέει ο Heng. Για παράδειγμα, το διαστημόπλοιο Cassini μέτρησε τις καμπύλες φάσης του Δία στις αρχές της δεκαετίας του 2000, αλλά δεν είχε προηγουμένως διεξαχθεί σε βάθος ανάλυση αυτών των δεδομένων, πιθανώς επειδή οι υπολογισμοί ήταν πολύ ακριβοί υπολογιστικά. Χρησιμοποιώντας το νέο σύστημα λύσης, ο Heng μπόρεσε να αναλύσει τις καμπύλες φάσης του Cassini και να συμπεράνει ότι η ατμόσφαιρα του Δία είναι γεμάτη με σύννεφα που αποτελούνται από μεγάλα, ακανόνιστα σωματίδια διαφόρων μεγεθών. Αυτή η παράλληλη μελέτη μόλις δημοσιεύτηκε στο Astrophysical Journal Letters.
Η δυνατότητα καταγραφής των μαθηματικών λύσεων για τις καμπύλες φάσης ανακλώμενου φωτός σε χαρτί σημαίνει ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ανάλυση δεδομένων μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα. Αυτό ανοίγει νέους τρόπους ερμηνείας δεδομένων που προηγουμένως ήταν αδύνατες. Ο Heng συνεργάζεται με τον Pierre Osler-Desrotour του Παρατηρητηρίου του Παρισιού για να γενικεύσει περαιτέρω αυτές τις μαθηματικές λύσεις.
Ο Heng και οι συνεργάτες του έχουν δείξει έναν νέο τρόπο ανάλυσης της καμπύλης φάσης του εξωπλανήτη Kepler-7b που ελήφθη με το διαστημικό τηλεσκόπιο Kepler. Ο Brett Morris ηγήθηκε ορισμένων από τις εργασίες ανάλυσης δεδομένων. Επί του παρόντος εργάζονται με επιστήμονες από το αμερικανικό διαστημικό τηλεσκόπιο TESS για να αναλύσουν τα δεδομένα της καμπύλης φάσης TESS. Ο Heng προβλέπει ότι αυτές οι νέες λύσεις θα οδηγήσουν σε νέους τρόπους ανάλυσης δεδομένων καμπύλης φάσης από το επερχόμενο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, το οποίο έχει προγραμματιστεί να εκτοξευτεί το 2021. «Αυτό που με ευχαριστεί περισσότερο είναι ότι αυτές οι μαθηματικές λύσεις θα παραμείνουν σχετικές για πολύ καιρό αφότου φύγω και ίσως μπουν σε τυπικά σχολικά βιβλία», είπε ο Χενγκ.
Διαβάστε επίσης:
- Οι αστροφυσικοί για πρώτη φορά εντόπισαν τη συγχώνευση άστρων νετρονίων και μαύρων τρυπών
- Το ανάλογο του Hubble, το τηλεσκόπιο SuperBIT, θα εκτοξευθεί με μπαλόνι το 2022