Bernski teoretični astrofizik Kevin Heng je uspel redek podvig: na papirju je rešil matematični problem izračuna odboja svetlobe od planetov in satelitov. Podatke je zdaj mogoče razlagati na preprost način, na primer za razumevanje planetarne atmosfere.
Na tisoče let je človeštvo opazovalo spreminjanje luninih faz. Vzpon in padec sončne svetlobe, ki se odbija od lune, ko se pojavi pred nami iz različnih kotov, je znan kot "fazna krivulja". Merjenje faznih krivulj Lune in planetov Osončja je starodavna veja astronomije, stara vsaj sto let. Oblike teh faznih krivulj vsebujejo informacije o površinah in atmosferah teh nebesnih teles. Dandanes astronomi merijo fazne krivulje eksoplanetov z uporabo vesoljskih teleskopov, kot so Hubble, Spitzer, TESS in CHEOPS. Ta opažanja primerjamo s teoretičnimi napovedmi. To zahteva metodo izračuna teh faznih krivulj. To vključuje iskanje rešitve matematičnega problema, povezanega s fiziko sevanja.
Problem izračuna odbite svetlobe od planetov Osončja je zastavil ameriški astronom Henry Norris Russell v vplivnem delu iz leta 1916. Z združevanjem idej iz rešitev svojih predhodnikov - avtoritativnih znanstvenikov - je Heng uspel zapisati matematične rešitve za odbojno moč (albedo) in obliko fazne krivulje in to popolnoma na papir in brez pomoči računalnika. . Inovativni vidik teh rešitev je, da so veljavne za kateri koli zakon kartiranja, kar pomeni, da jih je mogoče uporabljati na zelo splošen način. Odločilni trenutek je prišel, ko je znanstvenik primerjal svoje izračune na papirju s tem, kar so drugi raziskovalci naredili z računalniškimi izračuni. In bil presenečen, kako dobro sta se ujemala.
Zanimivo tudi:
- Prva ukrajinska misija na Luno bo izvedena leta 2022
- NASA se pripravlja na izstrelitev Lusyja, prve misije na trojanske asteroide
"Nisem samo navdušen nad odkritjem nove teorije, ampak tudi nad njenimi pomembnimi posledicami za interpretacijo podatkov," pravi Heng. Na primer, vesoljsko plovilo Cassini je v zgodnjih 2000-ih izmerilo Jupitrove fazne krivulje, vendar pred tem ni bila izvedena nobena poglobljena analiza teh podatkov, verjetno zato, ker so bili izračuni predragi. Z uporabo novega sistema rešitev je Heng lahko analiziral Cassinijeve fazne krivulje in ugotovil, da je Jupitrova atmosfera napolnjena z oblaki, sestavljenimi iz velikih, nepravilnih delcev različnih velikosti. Ta vzporedna študija je bila pravkar objavljena v Astrophysical Journal Letters.
Možnost zapisovanja matematičnih rešitev faznih krivulj odbite svetlobe na papir pomeni, da jih je mogoče uporabiti za analizo podatkov v nekaj sekundah. To odpira nove načine interpretacije podatkov, ki prej niso bili mogoči. Heng sodeluje s Pierrom Osler-Desrotourjem iz Pariškega observatorija za nadaljnjo posplošitev teh matematičnih rešitev.
Heng in njegovi soavtorji so pokazali nov način za analizo fazne krivulje eksoplaneta Kepler-7b, pridobljenega z vesoljskim teleskopom Kepler. Brett Morris je vodil del analize podatkov. Trenutno sodelujejo z znanstveniki ameriškega vesoljskega teleskopa TESS pri analizi podatkov fazne krivulje TESS. Heng napoveduje, da bodo te nove rešitve pripeljale do novih načinov analiziranja podatkov fazne krivulje iz prihajajočega vesoljskega teleskopa James Webb, ki naj bi bil lansiran leta 2021. "Najbolj me veseli, da bodo te matematične rešitve ostale relevantne še dolgo potem, ko me ne bo več, in morda vstopile v standardne učbenike," je dejal Heng.
Preberite tudi:
- Astrofiziki so prvič izsledili zlitje nevtronskih zvezd in črnih lukenj
- Hubblov analog, teleskop SuperBIT, bo leta 2022 izstreljen na balonu