Bernskému teoretickému astrofyzikovi Kevinovi Hengovi sa podaril vzácny počin: na papieri vyriešil matematický problém výpočtu odrazu svetla od planét a satelitov. Dáta sa teraz dajú interpretovať jednoduchým spôsobom, napríklad na pochopenie planetárnych atmosfér.
Po tisíce rokov ľudstvo pozorovalo meniace sa fázy mesiaca. Vzostup a pokles slnečného svetla odrazeného od Mesiaca, keď sa pred nami objavuje z rôznych uhlov, je známy ako „fázová krivka“. Meranie fázových kriviek Mesiaca a planét Slnečnej sústavy je prastaré odvetvie astronómie, ktoré má najmenej sto rokov. Tvary týchto fázových kriviek obsahujú informácie o povrchoch a atmosférach týchto nebeských telies. V súčasnosti astronómovia merajú fázové krivky exoplanét pomocou vesmírnych teleskopov ako Hubble, Spitzer, TESS a CHEOPS. Tieto pozorovania sa porovnávajú s teoretickými predpoveďami. To si vyžaduje metódu výpočtu týchto fázových kriviek. Ide o nájdenie riešenia matematického problému súvisiaceho s fyzikou žiarenia.
Problém výpočtu odrazeného svetla od planét slnečnej sústavy nastolil americký astronóm Henry Norris Russell vo vplyvnom diele z roku 1916. Kombináciou nápadov z riešení svojich predchodcov - autoritatívnych vedcov - bol Heng schopný napísať matematické riešenia pre silu odrazu (albedo) a tvar fázovej krivky, a to úplne na papier a bez pomoci počítača. . Inovatívnym aspektom týchto riešení je, že sú platné pre akýkoľvek zákon o mapovaní, čo znamená, že ich možno použiť veľmi všeobecne. Rozhodujúci moment nastal, keď vedec porovnal svoje výpočty na papieri s tým, čo urobili iní výskumníci pomocou počítačových výpočtov. A bol prekvapený, ako dobre sa zhodovali.
Tiež zaujímavé:
- Prvá ukrajinská misia na Mesiac sa uskutoční v roku 2022
- NASA sa pripravuje na štart Lusy, prvej misie k trójskym asteroidom
„Som nadšený nielen z objavu novej teórie, ale aj z jej dôležitých dôsledkov pre interpretáciu údajov,“ hovorí Heng. Napríklad sonda Cassini merala fázové krivky Jupitera začiatkom roku 2000, ale predtým sa neuskutočnila žiadna hĺbková analýza týchto údajov, pravdepodobne preto, že výpočty boli príliš výpočtovo nákladné. Pomocou nového systému riešenia bol Heng schopný analyzovať fázové krivky Cassini a dospieť k záveru, že atmosféra Jupitera je vyplnená oblakmi tvorenými veľkými nepravidelnými časticami rôznych veľkostí. Táto paralelná štúdia bola práve publikovaná v Astrophysical Journal Letters.
Schopnosť zapísať matematické riešenia pre krivky fázy odrazeného svetla na papier znamená, že ich možno použiť na analýzu údajov v priebehu niekoľkých sekúnd. To otvára nové spôsoby interpretácie údajov, ktoré boli predtým nemožné. Heng spolupracuje s Pierrom Oslerom-Desrotourom z Parížskeho observatória na ďalšom zovšeobecnení týchto matematických riešení.
Heng a jeho spoluautori ukázali nový spôsob analýzy fázovej krivky exoplanéty Kepler-7b získanej pomocou vesmírneho teleskopu Kepler. Brett Morris viedol časť práce na analýze údajov. V súčasnosti spolupracujú s vedcami z amerického vesmírneho teleskopu TESS na analýze údajov fázovej krivky TESS. Heng predpovedá, že tieto nové riešenia povedú k novým spôsobom analýzy údajov fázovej krivky z pripravovaného vesmírneho teleskopu Jamesa Webba, ktorého spustenie je naplánované na rok 2021. "Najviac ma teší, že tieto matematické riešenia zostanú relevantné aj dlho potom, čo budem preč, a možno sa dostanú do štandardných učebníc," povedal Heng.
Prečítajte si tiež:
- Astrofyzici po prvý raz vystopovali zlúčenie neutrónových hviezd a čiernych dier
- Hubbleov analóg, teleskop SuperBIT, bude vypustený na balóne v roku 2022