YORP-effekt

Yarkovsky-O'Keeffe-Radzievsky-Paddack-effekten (förkortning YORP-effekt eller YORP-effekt ) är ett fenomen av att ändra rotationshastigheten för små oregelbundet formade asteroider under påverkan av solljus . Termen introducerades år 2000 av den amerikanske geofysikern D. Rubinkem . En särskild manifestation av detta fenomen har varit känt sedan 1900 som Yarkovsky-effekten .

Hur det fungerar

Den består i ojämn uppvärmning av solen av ytan på roterande himlakroppar. På grund av asteroidens rotation är kvällssidan av dess yta den mest uppvärmda, eftersom den befann sig i solstrålningszonen hela dagen och ackumulerade maximal solenergi, medan morgonsidan är den kallaste, eftersom den utstrålade den mottagna värmen från solen hela natten. Således är värmestrålningen från kvällssidan av asteroiden mycket starkare än från morgonsidan. Detta leder till det faktum att en reaktiv kraft börjar verka på asteroidens kvällssida, vilket uppstår när fotoner emitteras från asteroidens yta, som är praktiskt taget obalanserad på asteroidens morgonsida, eftersom ytan där har redan svalnat under natten. Denna kraft har praktiskt taget ingen effekt på rotationen av sfäriska kroppar, eftersom den resulterande reaktiva impulsen är riktad vinkelrätt mot ytan av asteroiden, som i sin tur är vinkelrät mot radien, det vill säga, när det gäller en sfärisk kropp, är det riktad till asteroidens masscentrum, vilket kan förskjuta omloppskroppen något ( Yarkovsky-effekten ), men kommer inte att ändra hastigheten på dess rotation. I en oregelbundet formad asteroid är den resulterande impulsen också alltid riktad vinkelrätt mot ytan, men inte alltid mot asteroidens masscentrum, och ofta i en vinkel mot riktningen mot den, vilket leder till uppkomsten av ett vridmoment, vilket orsakar en lätt vinkelacceleration, vilket leder till en förändring i rotationshastigheten för en asteroid, beroende på den initiala rotationsriktningen.

Asteroidens form och storlek har störst inverkan på effektens omfattning. Som nämnts ovan kan det bara påverka en oregelbundet formad kropp, medan den inte bör vara för massiv. YORP-effekten kan bara ha en märkbar effekt på små kroppar med en diameter på flera kilometer, eftersom stora asteroider har ett stort tröghetsmoment och det är mycket svårare att snurra dem. Dessutom har de ofta en form nära sfärisk. Man bör komma ihåg att YORP-effekten inte heller påverkar asteroider som är i form av rotationsellipsoider, vars radie i rotationsplanet är ungefär densamma, om fördelningen av ytalbedon är mer eller mindre enhetlig.

Dessutom beror graden av påverkan av effekten direkt på avståndet till solen: ju närmare asteroiden är den, desto mer värms dess yta upp, desto större blir den reaktiva impulsen som skapas av asteroidens kvällssida, och starkare påverkan av effekten.

Förutom att ändra hastigheten kan YORP-effekten också orsaka en förändring av lutningen och precessionen av asteroidens rotationsaxel, och dessa processer kan ske både regelbundet och kaotiskt beroende på olika faktorer.

YORP-effekten kan vara en mekanism för bildandet av små, nära binära asteroidsystem som kan vara ännu viktigare än kollisioner, tidvattenavbrott eller gravitationsfångst.

Historik

Denna term föreslogs först av den amerikanske geofysikern Dr. David Rubinkam.år 2000 [1] och är en förkortning av de första bokstäverna i namnen på forskare som gjorde det största bidraget till upptäckten och studien av detta fenomen. Bland dem är förstaplatsen med rätta ockuperad av den ryske forskaren Ivan Osipovich Yarkovsky från 1800-talet , som föreslog att den termiska strålningen från asteroidens yta, som sänds ut av den från nattsidan, skapar en svag reaktiv impuls, vilket kan leda till ytterligare acceleration av asteroiden. I tolkningen av modern kvantfysik ger varje foton som sänds ut av den uppvärmda ytan av en asteroid den en impuls som är lika med , där  är fotonenergin och  är ljusets hastighet [2] . Denna hypotes, känd som Yarkovsky-effekten , bekräftades först på exemplet med asteroiden (6489) Golevka genom att observera förändringen i dess omloppsbana under en period på mer än 10 år.

Senare, redan på 1900-talet, klargjorde den sovjetiske astrofysikern Vladimir Vyacheslavovich Radzievsky att intensiteten av termisk strålning beror på asteroidytans albedo [3] , och de amerikanska forskarna Stephen Paddackoch John O'Keeffe har visat att formen på asteroiden har ett ännu större inflytande på förändringen i vinkelhastighet. Som ett resultat kom forskare till slutsatsen att det är YORP-effekten som är orsaken till det observerade överskottet av snabbt roterande föremål bland små asymmetriska asteroider, vilket leder till att de spricker av centrifugalkrafter [4] [5] .

Observationer

År 2007, enligt resultaten av radarobservationer av asteroider (1862) Apollo [6] och (54509) YORP [7] [8] , bekräftades YORP-effekten direkt, och i fallet med den sista asteroiden, påverkan av YORP-effekten visade sig vara så stark att den senare fick namnet på detta fenomen som ett namn [9] . Så, enligt beräkningar, bör rotationshastigheten för asteroiden (54509) YORP fördubblas på bara 600 000 år, och efter 35 miljoner år kommer dess rotationsperiod att vara endast 20 sekunder, vilket i framtiden kan leda till att asteroiden spricker genom centrifugalkrafter. Idag är vinkelaccelerationen för denna asteroid 2,0(± 0,2)⋅10 -4 °/dag 2 [10] . Dessutom kan påverkan av YORP-effekten leda till en förändring i lutningen och precessionen av rotationsaxeln .

Observationer visar att för asteroider med en diameter på mer än 125 km motsvarar rotationshastighetsfördelningskurvan Maxwell-fördelningen , medan det för små kroppar med en diameter på 50 till 125 km finns en liten ökning av snabbt roterande (långsamt roterande) objekt , och för små asteroider mindre än 50 km i diameter och kännetecknas av ett stort antal asteroider med mycket höga eller mycket låga rotationshastigheter runt sin axel. Faktum är att det sker en förskjutning i tätheten av asteroider till kanterna av distributionen när storleken på asteroider minskar. YORP-effekten är huvudmekanismen bakom denna förändring. Det förklarar också det relativt lilla antalet små asymmetriskt formade asteroider [4] samt förekomsten av små, nära binära system av asteroider som kretsar kring ett gemensamt masscentrum [11] som inte kan förklaras enbart som ett resultat av ömsesidiga asteroidkollisioner [ 12] . Å andra sidan kan den inte väsentligt ändra rotationshastigheten för stora kroppar som asteroiden (253) Matilda .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ David Perry Rubincam. Radiativ spin-up och spin-down av små asteroider  (engelska) 1. Icarus (2000). doi : 10.1006/icar.2000.6485 .
  2. ↑ Barkonstant h=6,62⋅10 -34 J*s, ljusets hastighet=300 000 km/s, fotonenergi E=hv
  3. ↑ Radzievskiy V.V. Mekanismen för förstörelse av asteroider och meteoriter // Rapport från USSR:s vetenskapsakademi. - 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 and Spin-down of Small Asteroids (otillgänglig länk - historia ) 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 och SJ Paddack, Science 316 211 (2007) doi : 10.1126/science.1141930
  12. ↑ DP Rubincam, SJ Paddack, Science 316 211 (2007)

Länkar