瑞士伯爾尼大學(xué)理論天體物理學(xué)家對天文學(xué)中一個老問題提出新的數(shù)學(xué)解決方案
瑞士伯爾尼大學(xué)理論天體物理學(xué)家對天文學(xué)中一個老問題提出新的數(shù)學(xué)解決方案
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)cnBeta：外媒報(bào)道，瑞士伯爾尼大學(xué)的學(xué)理學(xué)中新理論天體物理學(xué)家Kevin Heng取得了一項(xiàng)罕見的成就。他為計(jì)算行星和衛(wèi)星的論天理學(xué)長沙望城哪里有小姐上門服務(wù)vx《749-3814》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)光反射所需的一個古老的數(shù)學(xué)問題得出了新的解決方案?，F(xiàn)在，體物天文提出可以用一種簡單的家對解決方式來解釋數(shù)據(jù)，例如了解行星大氣層。個老新的問題公式可能會被納入未來的教科書中。
幾千年來，數(shù)學(xué)人類一直在觀察月相的瑞士變化。當(dāng)月球向我們展示它的學(xué)理學(xué)中新長沙望城哪里有小姐上門服務(wù)vx《749-3814》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)不同“面貌”時，月球反射的論天理學(xué)太陽光的上升和下降，被稱為"相位曲線"。體物天文提出測量月球和太陽系行星的家對解決相位曲線是天文學(xué)的一個古老分支，至少可以追溯到一個世紀(jì)以前。個老這些相位曲線的問題形狀編碼了關(guān)于這些天體的表面和大氣的信息。在現(xiàn)代，天文學(xué)家利用空間望遠(yuǎn)鏡，如哈勃、斯皮策、TESS和CHEOPS，測量了系外行星的相位曲線。這些觀測結(jié)果與理論預(yù)測進(jìn)行了比較。為了做到這一點(diǎn)，人們需要一種計(jì)算這些相位曲線的方法。這涉及到尋求一個有關(guān)輻射物理學(xué)的困難數(shù)學(xué)問題的解決方案。
自18世紀(jì)以來，計(jì)算相位曲線的方法已經(jīng)存在。這些解決方案中最古老的可以追溯到生活在18世紀(jì)的瑞士數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和天文學(xué)家約翰·海因里希·蘭伯特。計(jì)算太陽系行星反射光的問題是由美國天文學(xué)家亨利·諾里斯·羅素在1916年一篇有影響力的論文中提出的。另一個著名的1981年的解決方案歸功于美國月球科學(xué)家Bruce Hapke，他是在印度裔美國人諾貝爾獎獲得者Subrahmanyan Chandrasekhar于1960年所做的經(jīng)典工作的基礎(chǔ)上提出的。 Hapke開創(chuàng)了使用相位曲線的數(shù)學(xué)解法研究月球的先河。蘇聯(lián)物理學(xué)家Viktor Sobolev在其1975年出版的具有影響力的教科書中也對天體反射光的研究做出了重要貢獻(xiàn)。受到這些科學(xué)家工作的啟發(fā)，伯爾尼大學(xué)空間和可居住性中心CSH的理論天體物理學(xué)家Kevin Heng發(fā)現(xiàn)了一整個計(jì)算相位曲線的新數(shù)學(xué)解決方案系列。這篇論文由Kevin Heng與伯爾尼大學(xué)與日內(nèi)瓦大學(xué)共同管理的國家研究中心NCCR PlanetS的Brett Morris以及CSH的Daniel Kitzmann合作撰寫，剛剛發(fā)表在《自然-天文學(xué)》雜志上。
普遍適用的解決方案
“我很幸運(yùn)，這些偉大的科學(xué)家已經(jīng)完成了這一豐富的工作。Hapke發(fā)現(xiàn)了一種更簡單的方法來寫下Chandrasekhar的經(jīng)典解決方案，他著名地解決了各向同性散射的輻射轉(zhuǎn)移方程。Sobolev已經(jīng)意識到，人們至少可以在兩個數(shù)學(xué)坐標(biāo)系中研究這個問題?！?Sara Seager在她2010年的教科書中對這個問題進(jìn)行了總結(jié)，從而引起了Kevin Heng的注意。
通過結(jié)合這些見解，Kevin Heng能夠?qū)懴路瓷鋸?qiáng)度（反照率）和相位曲線形狀的數(shù)學(xué)解決方案，既完全在紙上又不需要借助計(jì)算機(jī)?！斑@些解決方案的突破性方面是，它們對任何反射法都有效，這意味著它們可以被用于非常普遍的方式。當(dāng)我將這些紙筆計(jì)算與其他研究人員使用計(jì)算機(jī)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較時，決定性的時刻到來了?！盞evin說：“我被他們的匹配程度嚇到了。”
對木星相位曲線的成功分析
Kevin說：“讓我興奮的不僅僅是新理論的發(fā)現(xiàn)，還有它對解釋數(shù)據(jù)的重大意義?！崩纾ㄎ髂崽柡教炱髟?1世紀(jì)初測量了木星的相位曲線，但以前沒有對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，可能是因?yàn)橛?jì)算成本太高。有了這個新的解決方案系列，Kevin能夠分析卡西尼號的相位曲線，并推斷出木星的大氣層充滿了由不同大小的大型不規(guī)則顆粒組成的云。這項(xiàng)研究剛剛由《天體物理學(xué)雜志》發(fā)表，與美國德克薩斯州休斯頓大學(xué)的卡西尼號數(shù)據(jù)專家和行星科學(xué)家李立明合作。
分析空間望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)的新可能性
Kevin表示：“在紙上寫下反射光相位曲線的數(shù)學(xué)解決方案的能力，意味著人們可以在幾秒鐘內(nèi)用它們來分析數(shù)據(jù)。”它開辟了以前不可行的解釋數(shù)據(jù)的新方法。Kevin正在與Pierre Auclair-Desrotour（目前在巴黎天文臺）合作，進(jìn)一步推廣這些數(shù)學(xué)解決方案。Kevin說：“Pierre Auclair-Desrotour是一個比我更有天賦的應(yīng)用數(shù)學(xué)家，我們承諾在不久的將來會有令人興奮的結(jié)果。”
在《自然-天文學(xué)》發(fā)表的論文中，Kevin和他的合作者展示了一種分析開普勒太空望遠(yuǎn)鏡中系外行星Kepler-7b相位曲線的新方法。Brett Morris 領(lǐng)導(dǎo)了該論文的數(shù)據(jù)分析部分?！癇rett Morris在我的研究小組中領(lǐng)導(dǎo)CHEOPS任務(wù)的數(shù)據(jù)分析，他的現(xiàn)代數(shù)據(jù)科學(xué)方法對于成功地將數(shù)學(xué)解決方案應(yīng)用于真實(shí)數(shù)據(jù)至關(guān)重要，”Kevin解釋說。他們目前正在與美國領(lǐng)導(dǎo)的TESS空間望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)家合作，分析TESS相位曲線數(shù)據(jù)。Kevin設(shè)想，這些新的解決方案將帶來分析即將到來的、耗資100億美元的詹姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的相位曲線數(shù)據(jù)的新方法，該望遠(yuǎn)鏡將于2021年晚些時候發(fā)射。Kevin說：“最讓我興奮的是，這些數(shù)學(xué)解決方案在我離開后仍將長期有效，并可能進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)教科書。” |
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