Астрофізик отримує нові математичні рішення старої проблеми в астрономії

Бернський теоретичний астрофізик Кевін Хенг досяг рідкісного подвигу: на папері він придумав нові рішення старої математичної задачі, необхідної для розрахунку відбиття світла від планет і супутників. Тепер дані можна інтерпретувати простим способом, наприклад, для розуміння атмосфери планет. Цілком ймовірно, що нові формули будуть включені до майбутніх підручників.

Тисячі років тому людство спостерігало за зміною фаз Місяця. Підйом і падіння сонячного світла, відбитого від Місяця, коли він показує нам різні його обличчя, відоме як «фазова крива». Вимірювання фазових кривих Місяця та планет Сонячної системи – це давня галузь астрономії, яка сягає щонайменше століття. Форми фазових кривих кодують інформацію про поверхні та атмосферу цих небесних тіл. У сучасну епоху астрономи вимірювали фазові криві екзопланет за допомогою космічних телескопів, таких як Хаббл, Шпіцер, він-козаі КОРОБКИ. Ці спостереження порівнюються з теоретичними передбаченнями. Для цього потрібен метод обчислення цих фазових кривих. Він передбачає пошук рішення важкої математичної задачі, пов’язаної з фізикою випромінювання.

Методи обчислення фазових кривих існують з ХVIII століття. Найдавніше з цих рішень відноситься до швейцарського математика, фізика та астронома Йоганна Генріха Ламберта, який жив у XVIII столітті. Йому приписують «Закон відображення Ламберта». Американський астроном Генрі Норріс Рассел висунув проблему обчислення відбитого світла від планет Сонячної системи у впливовій науковій роботі 1916 р. Інше добре відоме рішення приписується в 1981 р. Американському лунарологу Брюсу Геппі, який спирався на класичну роботу індіанців -Американський лауреат Нобелівської премії Субрахманьян Чандрасехар у 1960 р. Хапке став першим у вивченні Місяця, використовуючи математичні рішення фазових кривих. Радянський фізик Віктор Соболєв також зробив вагомий внесок у вивчення відбитого світла від небесних тіл у своєму впливовому підручнику 1975 р. Натхненний роботами цих вчених, астрофізик -теоретик Кевін Хенг з Центру космосу та середовища існування Бернський університет Відкрийте для себе цілий ряд нових математичних рішень для обчислення фазових кривих. Дослідницька робота, написана Кевіном Хенгом у співпраці з Бретт Морріс з Національного центру компетентності в галузі досліджень NCCR PlanetS – керованої Бернським університетом разом з Університетом Женеви – та Деніелом Кіцманом з CSH, була опублікована у природна астрономія.

Загальноприйняті рішення

“Мені пощастило, що таку велику роботу вже зробили ці великі вчені. Хапке відкрив більш простий спосіб написання класичного рішення Чандрасехара, який славився вирішенням рівняння ізотропного розсіювання випромінювання. Соболєв зрозумів, що можна вивчити проблема принаймні у двох математичних системах координат ». Сара Сігер привернула увагу Хенга до проблеми, узагальнивши її у своєму підручнику 2010 року.

READ  Таємниче муркотіння зсередини Марса, виявлене землею НАСА | Новини науки і техніки

Поєднавши ці ідеї, Хенг зміг написати математичні рішення сили відбиття (альбедо) та форми фазової кривої, повністю на папері і не вдаючись до комп’ютера. “Провідним аспектом цих рішень є те, що вони дійсні для будь -якого закону відображення, а значить, їх можна використовувати дуже загально. Найважливіший момент для мене настав, коли я порівняв ці обчислення ручкою та папером з тим, що мали інші дослідники зроблено з комп’ютерними розрахунками. Мене вразило, наскільки вони збігаються, – сказав Хенг.

Успішний аналіз фазової кривої покупця

«Мене хвилює не тільки відкриття нової теорії, але й її основні наслідки для інтерпретації даних», – каже Хенг. Наприклад, файл Кассіні Космічний апарат вимірює фазові криві Юпітер на початку 2000-х років, але до цього глибокий аналіз даних не проводився, ймовірно, тому що обчислення були надто дорогими для обчислень. За допомогою цього нового набору рішень Хенг зміг проаналізувати фазові криві Кассіні та дійшов висновку, що атмосфера Юпітера заповнена хмарами, що складаються з великих, неправильних частинок різного розміру. Це паралельне дослідження нещодавно опублікувало видавництво Листи астрофізичного журналу, У співпраці з експертом з даних Cassini та вченим -планетарістом Ліміном Лі з Університету Х’юстона, Техас, США

Нові можливості аналізу даних з космічних телескопів

“Можливість записувати математичні рішення фазових кривих відбитого світла на папері означає, що їх можна використовувати для аналізу даних за лічені секунди”, – сказав Хенг. Він відкриває нові способи інтерпретації даних, які раніше не застосовувалися. Хенг співпрацює з П’єром Оклером-Десротуром (раніше CSH, тепер у Паризькій обсерваторії) для популяризації цих математичних рішень. “П’єр Оклер-Дезрутур-більш талановитий прикладний математик, ніж я, і ми обіцяємо вам найближчим часом чудові результати”,-сказав Хенг.

READ  Цей мозок залишився неушкодженим у скам'янілості 310 мільйонів років

В природна астрономія Paper, Heng та його колеги продемонстрували новий метод аналізу фазових кривих позасонячна планета Кеплер-7б з космічного телескопа Кеплер. Бретт Морріс очолив частину аналізу даних. “Бретт Морріс керує аналізом даних для місії CHEOPS у моїй дослідницькій групі, і його сучасний підхід до науки про дані мав вирішальне значення для успішного застосування математичних рішень до реальних даних”, – пояснив Хенг. В даний час вони співпрацюють з вченими з американського космічного телескопа TESS для аналізу даних фазової кривої TESS. Heng передбачає, що ці нові рішення приведуть до нових способів аналізу даних фазової кривої з наступних 10 мільярдів доларів Космічний телескоп Джеймса Вебба, який має бути запущений пізніше в 2021 році. «Найбільше мене хвилює те, що ці математичні рішення залишаться чинними ще довго після мого відходу і, швидше за все, проникнуть у стандартні підручники», – сказав Хенг.

Список використаної літератури:

«Закриті рішення для початківців для геометричних ляпісів та рефлексивних фазових кривих для екзопланет», Кевін Хенг, Бретт Морріс та Деніел Кіцман, 30 серпня 2021 р. Доступно тут природна астрономія.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01444-7

«Юпітер як екзопланета: статистика з фазових кривих Кассіні», Кевін Хенг та Лімінг Лі, 11 березня 2021 р. Доступно Астрофізичні журнальні листи.
DOI: 10.3847 / 2041-8213 / abe872

You May Also Like

About the Author: Monica Higgins

"Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер"

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься.