據(jù)路透社報導(dǎo)，德國德累斯頓學(xué)院的理論天體化學(xué)學(xué)家Kevinfú取得了一項罕見的成就。他為估算行星和衛(wèi)星的光反射所需的一個古老的物理問題得出了新的解決方案。如今，可以用一種簡單的方法來解釋數(shù)據(jù)，比如了解行星大氣層。新的公式可能會被列入未來的教科書中。
幾千年來，人類仍然在觀察月相的變化。當(dāng)?shù)厍蛳蛭覀冋故舅牟煌懊婷病睍r，地球反射的太陽光的上升和增長，被稱為"相位曲線"。檢測地球和太陽系行星的相位曲線是天文學(xué)的一個古老分支，起碼可以溯源到一個世紀(jì)曾經(jīng)。這種相位曲線的形狀編碼了關(guān)于這種天體的表面和大氣的信息。在現(xiàn)代，天文學(xué)家借助空間望遠(yuǎn)鏡，如哈勃、斯皮策、TESS和，檢測了系外行星的相位曲線。這種觀測結(jié)果與理論預(yù)測進(jìn)行了比較。為了做到這一點(diǎn)，人們須要一種估算這種相位曲線的方式。這涉及到尋求一個有關(guān)幅射數(shù)學(xué)學(xué)的困難物理問題的解決方案。
自18世紀(jì)以來，估算相位曲線的方式早已存在。這種解決方案中最古老的可以溯源到生活在18世紀(jì)的英國物理家、物理學(xué)家和天文學(xué)家約翰·海因里希·蘭伯特。估算太陽系行星反射光的問題是由英國天文學(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。另一個知名的1981年的解決方案歸功于德國地球科學(xué)家BruceHapke，他是在俄羅斯裔日本人諾貝爾獎獲得者于1960年所做的精典工作的基礎(chǔ)上提出的。Hapke開創(chuàng)了使用相位曲線的物理解法研究地球的先河。南斯拉夫化學(xué)學(xué)家在其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作出了重要貢獻(xiàn)。遭到那些科學(xué)家工作的啟發(fā)，奧斯陸學(xué)院空間和可居住性中心CSH的理論天體化學(xué)學(xué)家Kevinfú發(fā)覺了一整個估算相位曲線的新物理解決方案系列。這篇論文由Kevinfú與蘇黎世學(xué)院與日內(nèi)瓦學(xué)院共同管理的國家研究中心NCCR的Brett以及CSH的合作撰寫，剛才發(fā)表在《自然-天文學(xué)》雜志上。
普遍適用的解決方案
“我很辛運(yùn)，這種偉大的科學(xué)家早已完成了這一豐富的工作。Hapke發(fā)覺了一種更簡單的方式來寫下的精典解決方案，他知名地解決了各向同性散射的幅射轉(zhuǎn)移多項式。早已意識到，人們起碼可以在兩個物理座標(biāo)系中研究這個問題。”Sara在她2010年的教科書中對這個問題進(jìn)行了總結(jié)，因而導(dǎo)致了Kevinfú的注意。
通過結(jié)合這種看法，Kevinfú才能寫下反射硬度（反照率）和相位曲線形狀的物理解決方案，既完全在紙上又不須要利用計算機(jī)。“這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特別普遍的方法。當(dāng)我將這種紙筆估算與其他研究人員使用計算機(jī)估算的結(jié)果進(jìn)行比較時，決定性的時刻到來了。”Kevin說：“我被她們的匹配程度嚇到了。”
對土星相位曲線的成功剖析
Kevin說：“讓我激動的不僅僅是新理論的發(fā)覺天體物理學(xué)什么意思，還有它對解釋數(shù)據(jù)的重大意義。”例如，卡西尼號航天器在21世紀(jì)初檢測了土星的相位曲線，但先前沒有對那些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入剖析，可能是由于估算成本太高。有了這個新的解決方案系列，Kevin才能剖析卡西尼號的相位曲線，并推測出土星的大氣層飽含了由不同大小的小型不規(guī)則顆粒組成的云。這項研究剛才由《天體化學(xué)學(xué)刊物》發(fā)表，與日本佛羅里達(dá)州休斯敦學(xué)院的卡西尼號數(shù)據(jù)專家和行星科學(xué)家李立明合作。
剖析空間望遠(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物理解決方案的能力，意味著人們可以在幾秒鐘內(nèi)用它們來剖析數(shù)據(jù)。”它開辟了先前不可行的解釋數(shù)據(jù)的新方式。Kevin正在與-（目前在倫敦天文臺）合作，進(jìn)一步推廣這種物理解決方案。Kevin說：“-是一個比我更有天賦的應(yīng)用物理家，我們承諾在不久的將來會有令人激動的結(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剖析開普勒太空望遠(yuǎn)鏡中系外行星-7b相位曲線的新方式。Brett領(lǐng)導(dǎo)了該論文的數(shù)據(jù)剖析部份。“Brett在我的研究小組中領(lǐng)導(dǎo)任務(wù)的數(shù)據(jù)剖析，他的現(xiàn)代數(shù)據(jù)科學(xué)方式對于成功地將物理解決方案應(yīng)用于真實數(shù)據(jù)至關(guān)重要，”Kevin解釋說。她們目前正在與英國領(lǐng)導(dǎo)的TESS空間望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)家合作，剖析TESS相位曲線數(shù)據(jù)。Kevin構(gòu)想，這種新的解決方案將帶來剖析正式到來的、耗資100億港元的詹姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的相位曲線數(shù)據(jù)的新方式，該望遠(yuǎn)鏡將于2021年晚些時侯發(fā)射。Kevin說：“最讓我激動的是，這種物理解決方案在我離開后仍將常年有效天體物理學(xué)什么意思，并可能步入標(biāo)準(zhǔn)教科書。”