YORP effekt

Yarkovsky-O'Keeffe-Radzievsky-Paddack-effekten (forkortet YORP-effekt eller YORP-effekt ) er et fænomen, der ændrer rotationshastigheden af ​​små uregelmæssigt formede asteroider under påvirkning af sollys . Udtrykket blev introduceret i 2000 af den amerikanske geofysiker D. Rubinkem . En særlig manifestation af dette fænomen har været kendt siden 1900 som Yarkovsky-effekten .

Sådan virker det

Det består i ujævn opvarmning af solens overflade af roterende himmellegemer. På grund af asteroidens rotation er aftensiden af ​​dens overflade den mest opvarmede, da den var i solstrålingszonen hele dagen og akkumulerede maksimal solenergi, mens morgensiden er den koldeste, da den udstrålede den modtagne varme fra solen hele natten. Således er den termiske stråling fra aftensiden af ​​asteroiden meget stærkere end fra morgensiden. Dette fører til, at en reaktiv kraft begynder at virke på aftensiden af ​​asteroiden, hvilket opstår, når der udsendes fotoner fra overfladen af ​​asteroiden, som er praktisk talt ubalanceret på morgensiden af ​​asteroiden, da overfladen der har allerede afkølet i løbet af natten. Denne kraft har praktisk talt ingen effekt på rotationen af ​​sfæriske legemer, da den resulterende reaktive impuls er rettet vinkelret på overfladen af ​​asteroiden, som igen er vinkelret på radius, dvs. i tilfælde af et sfærisk legeme, er det rettet mod asteroidens massecenter, som kan forskyde kredsløbslegemet en smule ( Yarkovsky-effekten ), men vil ikke ændre hastigheden af ​​dens rotation. I en uregelmæssigt formet asteroide er den resulterende impuls også altid rettet vinkelret på overfladen, men ikke altid til asteroidens massecenter, og ofte i en vinkel i forhold til retningen mod den, hvilket fører til fremkomsten af ​​et drejningsmoment, hvilket forårsager en let vinkelacceleration, som fører til en ændring i rotationshastigheden for en asteroide, afhængigt af dens begyndelsesretning.

Asteroidens form og størrelse har størst indflydelse på effektens omfang. Som nævnt ovenfor kan det kun påvirke en uregelmæssigt formet krop, mens den ikke bør være for massiv. YORP-effekten kan kun have en mærkbar effekt på små kroppe med en diameter på flere kilometer, da store asteroider har et stort inertimoment, og det er meget vanskeligere at spinde dem. Derudover har de ofte en form tæt på sfærisk. Man skal huske på, at YORP-effekten heller ikke påvirker asteroider, der i form er tæt på omdrejningsellipsoider, hvis radius i omdrejningsplanet er omtrent den samme, hvis fordelingen af ​​overfladealbedoen er mere eller mindre ensartet.

Derudover afhænger graden af ​​påvirkning af effekten direkte af afstanden til Solen: Jo tættere asteroiden er på den, jo mere varmes dens overflade op, jo større er den reaktive impuls skabt af asteroidens aftenside, og stærkere virkningen af ​​effekten.

Udover at ændre hastigheden kan YORP-effekten også forårsage en ændring i hældningen og præcessionen af ​​asteroidens rotationsakse, og disse processer kan forekomme både regelmæssigt og kaotisk afhængig af forskellige faktorer.

YORP-effekten kan være en mekanisme til dannelsen af ​​små, tætte binære asteroidesystemer, der kan være endnu vigtigere end kollisioner, tidevandsafbrydelser eller gravitationsfangst.

Historie

Dette udtryk blev først foreslået af den amerikanske geofysiker Dr. David Rubinkam.i 2000 [1] og er en forkortelse af de første bogstaver i navnene på videnskabsmænd, der ydede det største bidrag til opdagelsen og undersøgelsen af ​​dette fænomen. Blandt dem er førstepladsen med rette besat af den russiske videnskabsmand fra det 19. århundrede Ivan Osipovich Yarkovsky , som foreslog, at den termiske stråling af asteroidens overflade, udsendt af den fra natsiden, skaber en svag reaktiv impuls, som kan føre til yderligere acceleration af asteroiden. I fortolkningen af ​​moderne kvantefysik giver hver foton, der udsendes af den opvarmede overflade af en asteroide, den en impuls lig med , hvor  er fotonenergien og  er lysets hastighed [2] . Denne hypotese, kendt som Yarkovsky-effekten , blev først bekræftet på eksemplet med asteroiden (6489) Golevka ved at observere ændringen i dens kredsløb over en periode på mere end 10 år.

Senere, allerede i det 20. århundrede, præciserede den sovjetiske astrofysiker Vladimir Vyacheslavovich Radzievsky , at intensiteten af ​​termisk stråling afhænger af asteroideoverfladens albedo [3] , og de amerikanske videnskabsmænd Stephen Paddackog John O'Keeffe har vist, at asteroidens form har en endnu større indflydelse på ændringen i vinkelhastigheden. Som et resultat kom forskerne til den konklusion, at det er YORP-effekten, der er årsagen til det observerede overskud af hurtigt roterende objekter blandt små asymmetriske asteroider, hvilket fører til deres bristning af centrifugalkræfter [4] [5] .

Observationer

I 2007, ifølge resultaterne af radarobservationer af asteroider (1862) Apollo [6] og (54509) YORP [7] [8] , blev YORP-effekten direkte bekræftet, og i tilfælde af den sidste asteroide var påvirkningen af YORP-effekten viste sig at være så stærk, at den efterfølgende fik navnet på dette fænomen som et navn [9] . Så ifølge beregninger skulle rotationshastigheden for asteroiden (54509) YORP fordobles på kun 600.000 år, og efter 35 millioner år vil dens omdrejningsperiode kun være 20 sekunder, hvilket i fremtiden kan føre til asteroidens brud ved centrifugalkræfter. I dag er vinkelaccelerationen for denne asteroide 2,0(± 0,2)⋅10 -4 °/dag 2 [10] . Derudover kan påvirkningen af ​​YORP-effekten føre til en ændring i tilt og præcession af rotationsaksen .

Observationer viser, at for asteroider med en diameter på mere end 125 km svarer rotationshastighedsfordelingskurven til Maxwell-fordelingen , mens der for små legemer med en diameter på 50 til 125 km er en lille stigning i hurtigt roterende (langsomt roterende) objekter , og for små asteroider mindre end 50 km i diameter og er karakteriseret ved et stort antal asteroider med meget høje eller meget lave rotationshastigheder omkring deres akse. Faktisk er der et skift i tætheden af ​​asteroider til kanterne af fordelingen, når størrelsen af ​​asteroider falder. YORP-effekten er hovedmekanismen bag dette skift. Det forklarer også det relativt lille antal små asymmetrisk formede asteroider [4] samt eksistensen af ​​små, tætte binære systemer af asteroider, der kredser om et fælles massecenter [11] , som ikke kan forklares udelukkende som et resultat af gensidige asteroidekollisioner [ 12] . På den anden side er den ikke i stand til væsentligt at ændre rotationshastigheden af ​​store kroppe som asteroiden (253) Matilda .

Se også

Noter

  1. ↑ David Perry Rubincam. Radiativ spin-up og spin-down af små asteroider  (engelsk) 1. Icarus (2000). doi : 10.1006/icar.2000.6485 .
  2. ↑ Søjlekonstant h=6,62⋅10 -34 J*s, lyshastighed=300.000 km/s, fotonenergi E=hv
  3. ↑ Radzievskiy V.V. Mekanismen for ødelæggelse af asteroider og meteoritter // Rapport fra USSR's Videnskabsakademi. - 1954. - T. 97 . - S. 49-52 .
  4. ↑ 1 2 S. J. Paddack, JW Rhee, Geophys. Res. Lett 2 , 365 (1975)
  5. ↑ D.P. Rubincam. Radiative Spin-up og Spin-down af små asteroider (utilgængeligt link - historie ) 2–11 148. Icarus (2000). 
  6. ↑ M. Kaasalainen et al., Nature 446 , 420 (2007) doi : 10.1038/nature05614
  7. ↑ SC Lowry et al., Science 316 272 (2007) doi : 10.1126/science.1139040
  8. ↑ P. A. Taylor et al., Science 316 274 (2007) doi : 10.1126/science.1139038
  9. ↑ New Scientist 2594 03/10/2007
  10. ↑ Opazovanje asteroida 2000 PH5
  11. ↑ DP Rubincam og SJ Paddack, Science 316 211 (2007) doi : 10.1126/science.1141930
  12. ↑ DP Rubincam, SJ Paddack, Science 316 211 (2007)

Links