Bernese teoretiske astrofysiker Kevin Heng gjorde en sällsynt bedrift: på pappret löste han det matematiska problemet med att beräkna reflektionen av ljus från planeter och satelliter. Uppgifterna kan nu tolkas på ett enkelt sätt, till exempel för att förstå planetariska atmosfärer.
I tusentals år har mänskligheten observerat månens föränderliga faser. Uppgång och fall av solljus som reflekteras från månen när det ser ut framför oss från olika vinklar kallas "faskurvan". Att mäta faskurvorna för månen och solsystemets planeter är en gammal gren av astronomi som är minst hundra år gammal. Formerna på dessa faskurvor innehåller information om dessa himlakroppars ytor och atmosfärer. Nuförtiden mäter astronomer faskurvorna för exoplaneter med hjälp av rymdteleskop som Hubble, Spitzer, TESS och CHEOPS. Dessa observationer jämförs med teoretiska förutsägelser. Detta kräver en metod för att beräkna dessa faskurvor. Det handlar om att hitta en lösning på ett matematiskt problem relaterat till strålningens fysik.
Problemet med att beräkna det reflekterade ljuset från solsystemets planeter ställdes av den amerikanske astronomen Henry Norris Russell i ett inflytelserik arbete från 1916. Genom att kombinera idéerna från sina föregångares lösning - auktoritativa vetenskapsmän - kunde Heng skriva ner matematiska lösningar för reflektionskraften (albedo) och faskurvans form, och helt på papper och utan att behöva ta hjälp av en dator . Det innovativa med dessa lösningar är att de är giltiga för alla kartläggningslagar, vilket gör att de kan användas på ett mycket generellt sätt. Det avgörande ögonblicket kom när forskaren jämförde sina beräkningar på papper med vad andra forskare hade gjort med hjälp av datorberäkningar. Och blev förvånad över hur väl de matchade.
Också intressant:
- Det första ukrainska uppdraget till månen kommer att genomföras 2022
- NASA förbereder lanseringen av Lusy, det första uppdraget till de trojanska asteroiderna
"Jag är inte bara exalterad över upptäckten av en ny teori, utan också över dess viktiga implikationer för datatolkning", säger Heng. Till exempel mätte rymdfarkosten Cassini Jupiters faskurvor i början av 2000-talet, men ingen djupgående analys av dessa data hade tidigare gjorts, förmodligen för att beräkningarna var för dyra beräkningsmässigt. Med hjälp av det nya lösningssystemet kunde Heng analysera Cassinis faskurvor och dra slutsatsen att Jupiters atmosfär är fylld av moln som består av stora, oregelbundna partiklar av olika storlekar. Denna parallella studie har just publicerats i Astrophysical Journal Letters.
Möjligheten att skriva ner de matematiska lösningarna för faskurvorna för reflekterat ljus på papper gör att de kan användas för dataanalys på några sekunder. Detta öppnar för nya sätt att tolka data som tidigare var omöjliga. Heng samarbetar med Pierre Osler-Desrotour från Paris Observatory för att ytterligare generalisera dessa matematiska lösningar.
Heng och hans medförfattare har demonstrerat ett nytt sätt att analysera faskurvan för exoplaneten Kepler-7b som erhållits med rymdteleskopet Kepler. Brett Morris ledde en del av dataanalysarbetet. De arbetar för närvarande med forskare från det amerikanska rymdteleskopet TESS för att analysera TESS-faskurvans data. Heng förutspår att dessa nya lösningar kommer att leda till nya sätt att analysera faskurvdata från det kommande rymdteleskopet James Webb, som är planerat att lanseras 2021. "Det som gläder mig mest är att dessa matematiska lösningar kommer att förbli relevanta långt efter att jag är borta, och kanske kommer in i vanliga läroböcker," sa Heng.
Läs också:
- Astrofysiker spårade för första gången sammanslagning av neutronstjärnor och svarta hål
- Hubbles analog, SuperBIT-teleskopet, kommer att skjutas upp på en ballong 2022