O astrofísico teórico bernês Kevin Heng fez um feito raro: no papel, ele resolveu o problema matemático de calcular o reflexo da luz de planetas e satélites. Os dados agora podem ser interpretados de forma simples, por exemplo, para entender as atmosferas planetárias.
Por milhares de anos, a humanidade observou as mudanças de fases da lua. A ascensão e queda da luz solar refletida pela lua, conforme ela aparece à nossa frente de diferentes ângulos, é conhecida como "curva de fase". Medir as curvas de fase da Lua e dos planetas do Sistema Solar é um antigo ramo da astronomia que tem pelo menos cem anos. As formas dessas curvas de fase contêm informações sobre as superfícies e atmosferas desses corpos celestes. Atualmente, os astrônomos medem as curvas de fase de exoplanetas usando telescópios espaciais como Hubble, Spitzer, TESS e CHEOPS. Estas observações são comparadas com previsões teóricas. Isso requer um método de cálculo dessas curvas de fase. Isso envolve encontrar uma solução para um problema matemático relacionado à física da radiação.
O problema de calcular a luz refletida dos planetas do Sistema Solar foi colocado pelo astrônomo americano Henry Norris Russell em um trabalho influente de 1916. Ao combinar as idéias da solução de seus antecessores - cientistas autorizados - Heng foi capaz de escrever soluções matemáticas para o poder de reflexão (albedo) e a forma da curva de fase, e completamente no papel e sem recorrer à ajuda de um computador . O aspecto inovador dessas soluções é que elas são válidas para qualquer lei de mapeamento, o que significa que podem ser usadas de maneira muito geral. O momento decisivo veio quando o cientista comparou seus cálculos no papel com o que outros pesquisadores haviam feito usando cálculos de computador. E ficou surpreso com o quão bem eles combinavam.
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“Não estou apenas animado com a descoberta de uma nova teoria, mas também com suas importantes implicações para a interpretação de dados”, diz Heng. Por exemplo, a sonda Cassini mediu as curvas de fase de Júpiter no início dos anos 2000, mas nenhuma análise aprofundada desses dados havia sido realizada anteriormente, provavelmente porque os cálculos eram muito caros computacionalmente. Usando o novo sistema de solução, Heng conseguiu analisar as curvas de fase da Cassini e concluir que a atmosfera de Júpiter está cheia de nuvens compostas de partículas grandes e irregulares de vários tamanhos. Este estudo paralelo acaba de ser publicado no Astrophysical Journal Letters.
A capacidade de escrever as soluções matemáticas para as curvas de fase de luz refletida no papel significa que elas podem ser usadas para análise de dados em questão de segundos. Isso abre novas maneiras de interpretar dados que antes eram impossíveis. Heng está colaborando com Pierre Osler-Desrotour do Observatório de Paris para generalizar ainda mais essas soluções matemáticas.
Heng e seus coautores demonstraram uma nova maneira de analisar a curva de fase do exoplaneta Kepler-7b obtida com o telescópio espacial Kepler. Brett Morris liderou parte do trabalho de análise de dados. Eles estão atualmente trabalhando com cientistas do telescópio espacial americano TESS para analisar os dados da curva de fase do TESS. Heng prevê que essas novas soluções levarão a novas maneiras de analisar os dados da curva de fase do próximo Telescópio Espacial James Webb, que está programado para ser lançado em 2021. "O que mais me agrada é que essas soluções matemáticas permanecerão relevantes por muito tempo depois que eu me for, e talvez entrem em livros didáticos padrão", disse Heng.
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