Объясняем почему модели студентов не могут сравниться с точностью телескопа Уэбба

23.10.2022 | Образование | Просмотры: 212

Ожидается, что космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба стоимостью 10 миллиардов долларов расскажет историю Вселенной с беспрецедентной ясностью в течение следующего десятилетия. Но что, если мы неправильно истолковываем детали?

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy , исследователи из Гарварда и Массачусетского технологического института предупреждают, что модели, которые астрономы используют для декодирования световых сигналов из атмосфер экзопланет, могут быть недостаточно точными для точного представления данных, которые собирает новый телескоп. Они говорят, что если эти модели не будут улучшены, инструменты упрется в точность, и в результате расчеты планетарных свойств, таких как температура, давление и элементный состав, могут быть ошибочными на порядок.

«Что нам нужно сделать, так это смоделировать атмосферу с помощью наших вычислительных моделей и сравнить это с реальностью того, что JWST видит на этих планетах, но если наши модели неполны или неверны, то вы можете себе представить, что это сравнение модели с реальностью победило. не совсем работает и приведет к неправильным интерпретациям», — сказала Клара Соуза-Сильва, доцент физики в Бард-колледже и бывший научный сотрудник Центра астрофизики | Гарвардский и Смитсоновский институты, где проводилась большая часть исследований.

«Наше исследование действительно показывает, что если мы хотим максимизировать количество и качество этих идей, которые мы можем получить из удивительных данных JWST, то нам еще предстоит много работы на Земле, потому что просто нет стандартизированного, надежного способа интерпретировать наши наблюдения за инопланетными атмосферами», — добавил Соуза-Сильва.

Ученые CfA Юли Гордон, Роберт Дж. Харгривз и Роман В. Кочанов также работали над исследованием. Его возглавили Праджвал Нираула и Жюльен де Вит из Массачусетского технологического института.

Ученые говорят, что проблема заключается в моделях непрозрачности, которые астрономы используют для описания и прогнозирования состава атмосфер экзопланет. Процесс начинается со звездным светом. Когда планета проходит мимо своей звезды, звездный свет проходит через ее атмосферу. Обсерватории, такие как Уэбб, измеряют этот свет, поглощая определенные цвета и длины волн, которые соответствуют различным атомам и молекулам в атмосфере.

Астрономы разбирают первый слой этих данных, чтобы увидеть, присутствует ли что-то вроде водяного пара. Затем идут модели непрозрачности, которые измеряют, как свет взаимодействует с веществом, чтобы выявить свойства атмосферы. Именно здесь исследователи обнаружили проблему.

Когда они смоделировали уровни данных, которые Уэбб мог бы собрать об экзопланетах, и прогнали их через наиболее часто используемые модели непрозрачности, они обнаружили, что модели не соответствуют продвинутой точности Уэбба.

Модели непрозрачности давали данные об атмосферных условиях, которые считались «хорошо соответствующими» данным, но могли привести к множественным интерпретациям. Исследователи обнаружили, что измерения отличались от 0,5 до 1 dex, иначе известного как порядок величины, число, умноженное в десятой степени. Они говорят, что это создает невероятный диапазон возможностей, и современные модели не могут отличить то, что верно, а что нет.

Например, одна группа могла бы определить, что температура планеты составляет около 80 градусов по Фаренгейту, благоухающий рай. Другая группа, изучающая ту же планету, могла бы интерпретировать данные так, что планета представляет собой раскаленную пустошь при температуре 572 градуса по Фаренгейту. Существующие модели также не смогли бы определить, состоит ли атмосфера планеты на 5 или 25 процентов из воды.

Последствия подобных неверных интерпретаций могут повлиять на определение того, может ли экзопланета поддерживать жизнь.

В документе представлены некоторые идеи по усовершенствованию существующих моделей или созданию более совершенных, но ни одна из них не готова к работе. Исследователи говорят, что для того, чтобы добраться туда, потребуется собрать гораздо больше измерений атмосферы планет Уэбба, а также много лабораторных и теоретических работ по проведению новых измерений и расчетов, чтобы уточнить наше понимание того, как свет взаимодействует с различными молекулами.

«Затем эти данные должны быть проверены и распространены через спектроскопические базы данных», — сказал Гордон. «Это займет несколько лет, но это определенно осуществимое решение».