Bernerske teoretiske astrofysiker Kevin Heng gjorde en sjelden bragd: På papiret løste han det matematiske problemet med å beregne refleksjon av lys fra planeter og satellitter. Dataene kan nå tolkes på en enkel måte, for eksempel for å forstå planetariske atmosfærer.
I tusenvis av år har menneskeheten observert månens skiftende faser. Oppgangen og fallet av sollys som reflekteres fra månen slik det ser ut foran oss fra forskjellige vinkler er kjent som "fasekurven". Å måle fasekurvene til Månen og planetene i solsystemet er en eldgammel gren av astronomi som er minst hundre år gammel. Formene til disse fasekurvene inneholder informasjon om overflatene og atmosfærene til disse himmellegemene. I dag måler astronomer fasekurvene til eksoplaneter ved hjelp av romteleskoper som Hubble, Spitzer, TESS og CHEOPS. Disse observasjonene sammenlignes med teoretiske spådommer. Dette krever en metode for å beregne disse fasekurvene. Dette innebærer å finne en løsning på et matematisk problem knyttet til strålingens fysikk.
Problemet med å beregne det reflekterte lyset fra planetene i solsystemet ble stilt av den amerikanske astronomen Henry Norris Russell i et innflytelsesrikt verk fra 1916. Ved å kombinere ideene fra løsningen til sine forgjengere - autoritative vitenskapsmenn - var Heng i stand til å skrive ned matematiske løsninger for refleksjonskraften (albedo) og fasekurvens form, og helt på papir og uten å ty til hjelp fra en datamaskin . Det innovative ved disse løsningene er at de er gyldige for enhver kartleggingslov, noe som betyr at de kan brukes på en veldig generell måte. Det avgjørende øyeblikket kom da forskeren sammenlignet sine beregninger på papir med hva andre forskere hadde gjort ved hjelp av datamaskinberegninger. Og ble overrasket over hvor godt de matchet.
Også interessant:
- Det første ukrainske oppdraget til månen vil bli utført i 2022
- NASA forbereder lanseringen av Lusy, det første oppdraget til de trojanske asteroidene
"Jeg er ikke bare spent på oppdagelsen av en ny teori, men også over dens viktige implikasjoner for datatolkning," sier Heng. For eksempel målte romfartøyet Cassini Jupiters fasekurver på begynnelsen av 2000-tallet, men det var ikke tidligere utført noen dybdeanalyse av disse dataene, sannsynligvis fordi beregningene var for beregningsmessig dyre. Ved hjelp av det nye løsningssystemet kunne Heng analysere Cassinis fasekurver og konkludere med at Jupiters atmosfære er fylt med skyer som består av store, uregelmessige partikler av forskjellige størrelser. Denne parallelle studien har nettopp blitt publisert i Astrophysical Journal Letters.
Evnen til å skrive ned de matematiske løsningene for de reflekterte lysfasekurvene på papir betyr at de kan brukes til dataanalyse i løpet av sekunder. Dette åpner for nye måter å tolke data på som tidligere var umulige. Heng samarbeider med Pierre Osler-Desrotour fra Paris Observatory for å generalisere disse matematiske løsningene ytterligere.
Heng og hans medforfattere har demonstrert en ny måte å analysere fasekurven til eksoplaneten Kepler-7b oppnådd med Kepler-romteleskopet. Brett Morris ledet noe av dataanalysearbeidet. De jobber for tiden med forskere fra det amerikanske romteleskopet TESS for å analysere TESS-fasekurvedata. Heng spår at disse nye løsningene vil føre til nye måter å analysere fasekurvedata fra det kommende James Webb-romteleskopet, som etter planen skal lanseres i 2021. "Det som gleder meg mest er at disse matematiske løsningene vil forbli relevante lenge etter at jeg er borte, og kanskje gå inn i standard lærebøker," sa Heng.
Les også:
- Astrofysikere sporet for første gang sammenslåingen av nøytronstjerner og sorte hull
- Hubbles analog, SuperBIT-teleskopet, vil bli skutt opp på en ballong i 2022