De Berner theoretisch astrofysicus Kevin Heng deed een zeldzame prestatie: op papier loste hij het wiskundige probleem op van het berekenen van de reflectie van licht van planeten en satellieten. De gegevens kunnen nu op een eenvoudige manier worden geïnterpreteerd, bijvoorbeeld om planetaire atmosferen te begrijpen.
Al duizenden jaren observeert de mensheid de veranderende fasen van de maan. De opkomst en ondergang van zonlicht dat door de maan wordt weerkaatst zoals het vanuit verschillende hoeken voor ons verschijnt, staat bekend als de 'fasecurve'. Het meten van de fasekrommen van de maan en de planeten van het zonnestelsel is een oude tak van de astronomie die minstens honderd jaar oud is. De vormen van deze fasekrommen bevatten informatie over de oppervlakken en atmosferen van deze hemellichamen. Tegenwoordig meten astronomen de fasekrommen van exoplaneten met ruimtetelescopen zoals Hubble, Spitzer, TESS en CHEOPS. Deze waarnemingen worden vergeleken met theoretische voorspellingen. Dit vereist een methode om deze fasekrommen te berekenen. Dit omvat het vinden van een oplossing voor een wiskundig probleem dat verband houdt met de fysica van straling.
Het probleem van het berekenen van het gereflecteerde licht van de planeten van het zonnestelsel werd gesteld door de Amerikaanse astronoom Henry Norris Russell in een invloedrijk werk uit 1916. Door de ideeën uit de oplossing van zijn voorgangers - gezaghebbende wetenschappers - te combineren, kon Heng wiskundige oplossingen voor het reflectievermogen (albedo) en de vorm van de fasekromme volledig op papier en zonder tussenkomst van een computer opschrijven. . Het innovatieve aspect van deze oplossingen is dat ze geldig zijn voor elke kaartwet, wat betekent dat ze op een zeer algemene manier kunnen worden gebruikt. Het beslissende moment kwam toen de wetenschapper zijn berekeningen op papier vergeleek met wat andere onderzoekers hadden gedaan met computerberekeningen. En was verbaasd over hoe goed ze overeenkwamen.
Ook interessant:
- De eerste Oekraïense missie naar de maan wordt in 2022 uitgevoerd
- NASA bereidt zich voor op de lancering van Lusy, de eerste missie naar de Trojaanse asteroïden
"Ik ben niet alleen enthousiast over de ontdekking van een nieuwe theorie, maar ook over de belangrijke implicaties ervan voor de interpretatie van gegevens", zegt Heng. Het Cassini-ruimtevaartuig heeft bijvoorbeeld in het begin van de jaren 2000 de fasekrommen van Jupiter gemeten, maar er was eerder geen diepgaande analyse van deze gegevens uitgevoerd, waarschijnlijk omdat de berekeningen te rekenkundig duur waren. Met behulp van het nieuwe oplossingssysteem kon Heng de fasekrommen van Cassini analyseren en concluderen dat de atmosfeer van Jupiter gevuld is met wolken die bestaan uit grote, onregelmatige deeltjes van verschillende groottes. Deze parallelle studie is zojuist gepubliceerd in de Astrophysical Journal Letters.
De mogelijkheid om de wiskundige oplossingen voor de gereflecteerde lichtfasecurven op papier te schrijven, betekent dat ze binnen enkele seconden kunnen worden gebruikt voor gegevensanalyse. Dit opent nieuwe manieren om gegevens te interpreteren die voorheen onmogelijk waren. Heng werkt samen met Pierre Osler-Desrotour van het Observatorium van Parijs om deze wiskundige oplossingen verder te veralgemenen.
Heng en zijn co-auteurs hebben een nieuwe manier gedemonstreerd om de fasecurve van de exoplaneet Kepler-7b te analyseren, verkregen met de Kepler-ruimtetelescoop. Brett Morris leidde een deel van het gegevensanalysewerk. Ze werken momenteel samen met wetenschappers van de Amerikaanse ruimtetelescoop TESS om de TESS-fasecurvegegevens te analyseren. Heng voorspelt dat deze nieuwe oplossingen zullen leiden tot nieuwe manieren om fasecurvegegevens te analyseren van de aankomende James Webb Space Telescope, die naar verwachting in 2021 wordt gelanceerd. "Wat me het meest bevalt, is dat deze wiskundige oplossingen nog lang relevant zullen blijven nadat ik er niet meer ben, en misschien standaard leerboeken ingaan," zei Heng.
Lees ook:
- Astrofysici hebben voor het eerst de samensmelting van neutronensterren en zwarte gaten getraceerd
- Hubble's analoog, de SuperBIT-telescoop, wordt in 2022 op een ballon gelanceerd