На протяжении тысячелетий человечество наблюдало за сменой фаз Луны. Восход и падение солнечного света, отраженного от Луны, когда она представляет свои разные грани, известно как “фазовая кривая”. Измерение фазовых кривых Луны и планет Солнечной системы – древняя отрасль астрономии, которая насчитывает по меньшей мере столетие. Формы этих фазовых кривых кодируют информацию о поверхностях и атмосферах этих небесных тел. В наше время астрономы измерили фазовые кривые экзопланет с помощью космических телескопов. Эти наблюдения сравниваются с теоретическими предсказаниями. Для этого нужен способ вычисления этих фазовых кривых.
Известно, что подходы к расчету фазовых кривых существуют с 18 века. Старейшее из этих решений восходит к швейцарскому математику, физику и астроному Иоганну Генриху Ламберту. Ему приписывается закон отражения Ламберта. Проблема расчета отраженного света от планет Солнечной системы была поставлена и американским астрономом Генри Норрисом Расселлом. Другое известное решение 1981 года приписывается американскому ученому-луннику Брюсу Хапке. Он был пионером в изучении Луны с использованием математических решений фазовых кривых. Советский физик Виктор Соболев также внес важный вклад в изучение отраженного света от небесных тел в своем влиятельном учебнике 1975 года.
Сообщается, что астрофизик-теоретик Кевин Хенг из Центра космоса и обитаемости CSH при Бернском университете открыл несколько новых математических решений для расчета фазовых кривых. Статья опубликована в журнале Nature Astronomy.
Хенг смог записать математические решения для силы отражения (альбедо) и формы фазовой кривой.
“Новаторский аспект этих решений заключается в том, что они применимы к любому закону отражения, а это означает, что их можно использовать в самых общих чертах. Определяющий момент наступил для меня, когда я сравнил эти расчеты с помощью пера и бумаги с тем, что делали другие исследователи, используя компьютерные вычисления. Я был поражен тем, насколько хорошо они подходили друг другу”, – рассказывает учёный.
С помощью этого нового семейства решений Хенг смог проанализировать фазовые кривые Кассини и сделать вывод, что атмосфера Юпитера заполнена облаками, состоящими из крупных, нерегулярных частиц разных размеров.
“Возможность записывать математические решения для фазовых кривых отраженного света на бумаге означает, что их можно использовать для анализа данных за считанные секунды”, – сообщает Хенг.
В статье по астрономии природы Хенг и его соавторы продемонстрировали новый способ анализа фазовой кривой экзопланеты Кеплер-7b с помощью космического телескопа Кеплер.
“Что меня больше всего волнует, так это то, что эти математические решения останутся в силе еще долго после того, как я уйду, и, вероятно, войдут в стандартные учебники”, – делится астрофизик.
