Nhà vật lý thiên văn lý thuyết Bernese Kevin Heng đã lập một kỳ tích hiếm có: trên giấy, ông đã giải được bài toán tính toán sự phản xạ ánh sáng từ các hành tinh và vệ tinh. Dữ liệu hiện có thể được giải thích theo cách đơn giản, chẳng hạn để hiểu bầu khí quyển của các hành tinh.
Trong hàng nghìn năm, nhân loại đã quan sát các giai đoạn thay đổi của mặt trăng. Sự lên và xuống của ánh sáng mặt trời phản chiếu từ mặt trăng khi nó xuất hiện trước mặt chúng ta từ các góc độ khác nhau được gọi là "đường cong pha". Đo đường cong pha của Mặt trăng và các hành tinh trong Hệ Mặt trời là một nhánh thiên văn học cổ xưa có tuổi đời ít nhất một trăm năm. Hình dạng của các đường cong pha này chứa thông tin về bề mặt và khí quyển của các thiên thể này. Ngày nay, các nhà thiên văn học đo đường cong pha của các hành tinh ngoại bằng các kính viễn vọng không gian như Hubble, Spitzer, TESS và CHEOPS. Những quan sát này được so sánh với những dự đoán lý thuyết. Điều này đòi hỏi một phương pháp tính toán các đường cong pha này. Điều này liên quan đến việc tìm ra giải pháp cho một vấn đề toán học liên quan đến vật lý của bức xạ.
Bài toán tính toán ánh sáng phản xạ từ các hành tinh trong Hệ Mặt trời được đặt ra bởi nhà thiên văn học người Mỹ Henry Norris Russell trong một công trình có ảnh hưởng vào năm 1916. Bằng cách kết hợp các ý tưởng từ giải pháp của những người tiền nhiệm - các nhà khoa học có thẩm quyền - Heng đã có thể viết ra các giải pháp toán học cho công suất phản xạ (albedo) và hình dạng của đường cong pha, hoàn toàn trên giấy và không cần đến sự trợ giúp của máy tính . Khía cạnh sáng tạo của các giải pháp này là chúng có giá trị đối với bất kỳ luật lập bản đồ nào, có nghĩa là chúng có thể được sử dụng một cách rất chung chung. Thời điểm xác định đến khi nhà khoa học so sánh các tính toán của mình trên giấy với những gì các nhà nghiên cứu khác đã thực hiện bằng tính toán máy tính. Và rất ngạc nhiên về mức độ phù hợp của họ.
Cũng thú vị:
- Sứ mệnh lên Mặt Trăng đầu tiên của Ukraine sẽ được thực hiện vào năm 2022
- NASA đang chuẩn bị cho việc phóng Lusy, sứ mệnh đầu tiên tới các tiểu hành tinh thành Troy
Heng nói: “Tôi không chỉ hào hứng với việc khám phá ra một lý thuyết mới mà còn về những ý nghĩa quan trọng của nó đối với việc giải thích dữ liệu. Ví dụ, tàu vũ trụ Cassini đã đo các đường cong pha của Sao Mộc vào đầu những năm 2000, nhưng trước đó không có phân tích chuyên sâu về những dữ liệu này, có thể là do việc tính toán quá tốn kém. Sử dụng hệ thống giải pháp mới, Heng đã có thể phân tích các đường cong pha của Cassini và kết luận rằng bầu khí quyển của Sao Mộc chứa đầy các đám mây được tạo thành từ các hạt lớn, không đều với nhiều kích cỡ khác nhau. Nghiên cứu song song này vừa được công bố trên tạp chí Astrophysical Journal Letters.
Khả năng viết ra các lời giải toán học cho đường cong pha ánh sáng phản xạ trên giấy có nghĩa là chúng có thể được sử dụng để phân tích dữ liệu trong vài giây. Điều này mở ra những cách mới để giải thích dữ liệu mà trước đây không thể. Heng đang cộng tác với Pierre Osler-Desrotour của Đài thiên văn Paris để tổng quát hóa thêm các giải pháp toán học này.
Heng và các đồng tác giả đã chứng minh một phương pháp mới để phân tích đường cong pha của ngoại hành tinh Kepler-7b thu được bằng kính viễn vọng không gian Kepler. Brett Morris đã lãnh đạo một số công việc phân tích dữ liệu. Họ hiện đang làm việc với các nhà khoa học từ kính viễn vọng không gian TESS của Mỹ để phân tích dữ liệu về đường cong pha TESS. Heng dự đoán rằng những giải pháp mới này sẽ dẫn đến những cách mới để phân tích dữ liệu đường cong pha từ Kính viễn vọng Không gian James Webb sắp tới, dự kiến phóng vào năm 2021. "Điều làm tôi hài lòng nhất là những giải pháp toán học này sẽ vẫn còn phù hợp lâu dài sau khi tôi đi, và có lẽ sẽ được đưa vào sách giáo khoa tiêu chuẩn", Heng nói.
Đọc thêm:
- Các nhà vật lý thiên văn lần đầu tiên theo dõi sự hợp nhất của sao neutron và lỗ đen
- Thiết bị tương tự của Hubble, kính thiên văn SuperBIT, sẽ được phóng lên khinh khí cầu vào năm 2022