Astrophysik Astrophysiker analysiert astronomische Daten mit Stift und Papier

Ein Berner Astrophysiker hat neue mathematische Formeln niedergeschrieben, um Lichtreflexionen von Monden und Planeten zu berechnen. Diese vergleichbar einfachen Formeln ermöglichen es, Daten in Sekundenschnelle – ohne die Hilfe eines Computers – zu analysieren.

Die sogenannte Phasenkurve beschreibt die reflektierte Sonnenstrahlung eines Himmelskörpers, die sich mit dem ändernden Blickwinkel von der Erde ebenso verändert. Die Formen dieser Kurven liefern unter anderem Hinweise auf die Oberflächen und Atmosphären von Monden und Planten.

Der theoretische Astrophysiker Kevin Heng von der Universität Bern ermittelte nun einen ganzen Strauss neuer mathematischer Formeln, um solche Phasenkurven sowie die Stärke der Reflexion zu berechnen – auf Papier, ohne die Hilfe eines Computers. Die Formeln präsentierte er gemeinsam mit Kollegen am Montag im Fachjournal «Nature Astronomy».

Er sei verblüfft gewesen, wie gut seine «Stift-und-Papier»-Berechnungen mit Computerberechnungen übereinstimmen würden, sagte Heng gemäss einer Mitteilung der Universität Bern. Die neue Methode demonstrierten die Forschenden anhand von realen Daten des Exoplaneten Kepler-7b, der um einen sonnenähnlichen Stern im Sternbild Leier kreist.

Formeln für künftige Lehrbücher?

«Aufregend finde ich nicht nur die Entdeckung einer neuen Theorie, sondern auch ihre grossen Auswirkungen auf die Interpretation von Daten», so Heng. So gelang es ihm gemeinsam mit einem Kollegen, die von der Raumsonde Cassini in den 2000er-Jahren gemessenen Phasenkurven von Jupiter zu interpretieren. Bisher hatte man auf die Analyse verzichtet, wohl wegen der zu ressourcenintensiven Berechnungen, schrieb die Uni Bern. Gemäss den mit der neuen Methode durchgeführten Berechnungen sei Jupiters Atmosphäre mit Wolken gefüllt, die aus grossen, unregelmässigen Partikeln verschiedenster Grössen bestehen würden, berichten die Forschenden im Fachmagazin «Astrophysical Journal Letters».

Die Berner Forschenden arbeiten derzeit mit Kollegen des amerikanischen Weltraumteleskops TESS zusammen, um dessen Phasenkurvendaten zu analysieren. Heng glaubt ausserdem, dass sich die Analyse der Daten des James-Webb-Weltraumteleskops, das im Herbst 2021 ins All gebracht werden soll, verändern wird.

Gemeinsam mit dem Mathematiker Pierre Auclair-Desrotour vom Pariser Observatorium arbeitet Heng auch weiter daran, die Formeln weiter zu verallgemeinern. «Was mich am meisten begeistert, ist, dass diese mathematischen Formeln noch lange nach meinem Tod gültig sein werden und wahrscheinlich ihren Weg in Standard-Lehrbücher finden werden», so Heng.