האסטרופיזיקאי התיאורטי הברני קווין הנג עשה הישג נדיר: על הנייר, הוא פתר את הבעיה המתמטית של חישוב החזרת האור מכוכבי לכת ולוויינים. כעת ניתן לפרש את הנתונים בצורה פשוטה, למשל כדי להבין אטמוספרות פלנטריות.
במשך אלפי שנים, האנושות צפה בשלבים המשתנים של הירח. עלייתו ונפילתו של אור השמש המוחזר מהירח כפי שהוא נראה מולנו מזוויות שונות ידועה בשם "עקומת הפאזה". מדידת עקומות הפאזה של הירח וכוכבי הלכת של מערכת השמש היא ענף עתיק באסטרונומיה בן מאה שנים לפחות. הצורות של עקומות פאזה אלה מכילות מידע על המשטחים והאטמוספרות של גרמי השמיים הללו. כיום, אסטרונומים מודדים את עקומות הפאזה של כוכבי לכת חיצוניים באמצעות טלסקופי חלל כמו האבל, שפיצר, TESS ו-CHEOPS. תצפיות אלו מושוות לתחזיות תיאורטיות. זה דורש שיטה לחישוב עקומות פאזה אלה. זה כרוך במציאת פתרון לבעיה מתמטית הקשורה לפיזיקה של קרינה.
הבעיה של חישוב האור המוחזר מכוכבי הלכת של מערכת השמש הוצגה על ידי האסטרונום האמריקאי הנרי נוריס ראסל בעבודה רבת השפעה משנת 1916. על ידי שילוב הרעיונות מהפתרון של קודמיו - מדענים סמכותיים - הנג הצליח לרשום פתרונות מתמטיים לכוח ההשתקפות (אלבדו) ולצורת עקומת הפאזה, ומלא על הנייר ומבלי להיעזר במחשב. . ההיבט החדשני של פתרונות אלו הוא שהם תקפים לכל חוק מיפוי, מה שאומר שניתן להשתמש בהם בצורה כללית ביותר. הרגע המכונן הגיע כאשר המדען השווה את חישוביו על הנייר עם מה שעשו חוקרים אחרים באמצעות חישובי מחשב. ונדהם עד כמה הם התאימו.
מעניין גם:
- המשימה האוקראינית הראשונה לירח תתבצע ב-2022
- נאס"א מתכוננת לשיגור לוסי, המשימה הראשונה לאסטרואידים הטרויאניים
"אני לא רק נרגש מהגילוי של תיאוריה חדשה, אלא גם מההשלכות החשובות שלה על פרשנות הנתונים", אומר הנג. לדוגמה, החללית קאסיני מדדה את עקומות הפאזה של צדק בתחילת שנות ה-2000, אך טרם נערך ניתוח מעמיק של הנתונים הללו, כנראה בגלל שהחישובים היו יקרים מדי מבחינה חישובית. באמצעות מערכת הפתרונות החדשה, הנג הצליח לנתח את עקומות הפאזה של קאסיני ולהסיק שהאטמוספירה של צדק מלאה בעננים המורכבים מחלקיקים גדולים ולא סדירים בגדלים שונים. מחקר מקביל זה פורסם זה עתה ב- Astrophysical Journal Letters.
היכולת לרשום את הפתרונות המתמטיים עבור עקומות שלב האור המוחזר על נייר פירושה שניתן להשתמש בהם לניתוח נתונים תוך שניות. זה פותח דרכים חדשות לפרש נתונים שהיו בלתי אפשריים בעבר. הנג משתף פעולה עם פייר אוסלר-דסרוטור ממצפה הכוכבים של פריז כדי להכליל עוד יותר את הפתרונות המתמטיים הללו.
הנג ושותפיו הדגימו דרך חדשה לנתח את עקומת הפאזה של כוכב הלכת החיצוני Kepler-7b שהושג באמצעות טלסקופ החלל קפלר. ברט מוריס הוביל חלק מעבודות ניתוח הנתונים. כעת הם עובדים עם מדענים מטלסקופ החלל האמריקאי TESS כדי לנתח את נתוני עקומת השלב של TESS. הנג צופה שהפתרונות החדשים הללו יובילו לדרכים חדשות לניתוח נתוני עקומת פאזה מטלסקופ החלל הקרוב של ג'יימס ווב, שמתוכנן להשיק ב-2021. "מה שהכי משמח אותי הוא שהפתרונות המתמטיים האלה יישארו רלוונטיים הרבה אחרי שאעזוב, ואולי יכנסו לספרי לימוד סטנדרטיים", אמר הנג.
קרא גם:
- אסטרופיזיקאים התחקו לראשונה אחר המיזוג של כוכבי נויטרונים וחורים שחורים
- האנלוגי של האבל, טלסקופ SuperBIT, ישוגר על בלון ב-2022