Bernilainen teoreettinen astrofyysikko Kevin Heng teki harvinaisen saavutuksen: hän ratkaisi paperilla matemaattisen ongelman laskea planeettojen ja satelliittien valon heijastus. Dataa voidaan nyt tulkita yksinkertaisella tavalla esimerkiksi planeettojen ilmakehän ymmärtämiseksi.
Ihmiskunta on havainnut kuun vaihtuvia vaiheita tuhansien vuosien ajan. Kuusta heijastuvan auringonvalon nousu ja lasku, kun se näkyy edessämme eri kulmista, tunnetaan "vaihekäyränä". Kuun ja aurinkokunnan planeettojen vaihekäyrien mittaaminen on ikivanha, ainakin sata vuotta vanha tähtitieteen ala. Näiden vaihekäyrien muodot sisältävät tietoa näiden taivaankappaleiden pinnoista ja ilmakehistä. Nykyään tähtitieteilijät mittaavat eksoplaneettojen vaihekäyriä käyttämällä avaruusteleskooppeja, kuten Hubble, Spitzer, TESS ja CHEOPS. Näitä havaintoja verrataan teoreettisiin ennusteisiin. Tämä vaatii menetelmän näiden vaihekäyrien laskemiseksi. Tämä edellyttää ratkaisun löytämistä säteilyn fysiikkaan liittyvään matemaattiseen ongelmaan.
Aurinkokunnan planeetoilta heijastuneen valon laskemisen ongelman esitti amerikkalainen tähtitieteilijä Henry Norris Russell vaikutusvaltaisessa työssään vuonna 1916. Yhdistämällä edeltäjiensä - arvovaltaisten tiedemiesten - ratkaisun ideat Heng pystyi kirjoittamaan matemaattisia ratkaisuja heijastusvoimaan (albedo) ja vaihekäyrän muotoon, ja täysin paperille ja ilman tietokoneen apua. . Näiden ratkaisujen innovatiivinen puoli on, että ne pätevät mihin tahansa kartoituslakiin, mikä tarkoittaa, että niitä voidaan käyttää hyvin yleisellä tavalla. Ratkaiseva hetki tuli, kun tiedemies vertasi paperilla olevia laskelmiaan siihen, mitä muut tutkijat olivat tehneet tietokonelaskelmien avulla. Ja oli hämmästynyt kuinka hyvin he sopivat yhteen.
Mielenkiintoista myös:
- Ensimmäinen Ukrainan lento Kuuhun suoritetaan vuonna 2022
- NASA valmistautuu Lusyn laukaisuun, joka on ensimmäinen tehtävä Troijan asteroideille
"En ole vain innoissani uuden teorian löytämisestä, vaan myös sen tärkeistä vaikutuksista tiedon tulkintaan", Heng sanoo. Esimerkiksi Cassini-avaruusalus mittasi Jupiterin vaihekäyriä 2000-luvun alussa, mutta syvällistä analyysia näistä tiedoista ei ollut aiemmin tehty, luultavasti siksi, että laskelmat olivat liian kalliita. Uuden ratkaisujärjestelmän avulla Heng pystyi analysoimaan Cassinin vaihekäyrät ja päättämään, että Jupiterin ilmakehä on täynnä pilviä, jotka koostuvat suurista, erikokoisista epäsäännöllisistä hiukkasista. Tämä rinnakkaistutkimus on juuri julkaistu Astrophysical Journal Lettersissa.
Heijastun valon vaihekäyrien matemaattisten ratkaisujen kirjoittaminen paperille tarkoittaa, että niitä voidaan käyttää data-analyysiin muutamassa sekunnissa. Tämä avaa uusia tapoja tulkita dataa, jotka aiemmin olivat mahdottomia. Heng tekee yhteistyötä Pierre Osler-Desrotourin kanssa Pariisin observatoriosta yleistääkseen edelleen näitä matemaattisia ratkaisuja.
Heng ja hänen kirjoittajansa ovat osoittaneet uuden tavan analysoida Kepler-avaruusteleskoopilla saatua eksoplaneetan Kepler-7b vaihekäyrää. Brett Morris johti osaa data-analyysityöstä. He työskentelevät parhaillaan yhdysvaltalaisen TESS-avaruusteleskoopin tutkijoiden kanssa analysoidakseen TESS-vaihekäyrän tietoja. Heng ennustaa, että nämä uudet ratkaisut johtavat uusiin tapoihin analysoida vaihekäyrätietoja tulevasta James Webb -avaruusteleskoopista, joka on määrä laukaista vuonna 2021. "Minua ilahduttaa eniten, että nämä matemaattiset ratkaisut pysyvät merkityksellisinä kauan sen jälkeen, kun olen poissa, ja ehkä pääsevät standardioppikirjoihin", Heng sanoi.
Lue myös:
- Astrofyysikot jäljittelivät ensimmäistä kertaa neutronitähtien ja mustien aukkojen sulautumista
- Hubblen analogi, SuperBIT-teleskooppi, laukaistaan ilmapallolla vuonna 2022