Poynting-Robertson effekt

Poynting-Robertson-effekten är en fysisk process som gör att dammpartiklar i solsystemet långsamt faller i en spiral mot solen .

Effekten beskrevs första gången 1903 av den berömda brittiske fysikern John Henry Poynting , som förklarade den i termer av den eteriska teorin om elektromagnetism . Den korrekta förklaringen av effekten i termer av allmän relativitet gavs av Howard Percy Robertson 1937 .

Beskrivning

Låt för enkelhetens skull en dammpartikel röra sig i en cirkulär bana runt solen.

(a) I referensramen förknippad med ett dammkorn, som ett resultat av ljusets aberration, lutar solstrålningen något mot partikelns rörelse. Om ett dammkorn är tillräckligt litet kan vi anta att dess temperatur är konstant över hela ytan, så värmestrålning kan betraktas som isotropisk. (b) I referensramen associerad med solen är värmestrålningen från ett dammkorn anisotrop på grund av aberration och dopplereffekten .

Det är värt att notera att, enligt likvärdighetsprincipen , kan värmestrålningen från en partikel i sig inte ändra dess hastighet, rörelsemängden ändras i proportion till massan , det vill säga partikelns energi . Och när solstrålning absorberas ökar energin (det vill säga massan) av partikeln med en konstant tangentiell komponent av rörelsemängden. Därför minskar hastigheten på partikeln.

Således förlorar dammkornet gradvis rörelsemängd och faller gradvis på solen. Poynting-Robertson-styrkan är:

F_{PR}={\frac {Wv}{c^{2}}},

var är strålningseffekten,

W

v

är partikelns hastighet,

c

är ljusets hastighet .

För en sfärisk partikel:

F_{PR}={\frac {r^{2}}{4c^{2}}}{\sqrt {\frac {GM_{s}L_{s}^{2}}{R^{ 5}}}},

var är partikelradien,

r

G

är gravitationskonstanten ,

Fröken

är solens massa ,

L_{s}

- solens ljusstyrka,

R

är avståndet från solen till partikeln.

Eftersom kraften är proportionell mot kvadraten av radien, och massan av partikeln är proportionell mot kuben, är accelerationen som orsakas av Poynting-Robertson-effekten större för mindre partiklar. Eftersom gravitationskraften är proportionell mot och Poynting-Robertson-kraften är proportionell mot , närmare solen är effekten starkare. På grund av detta minskar excentriciteten hos den initialt långsträckta partikelbanan. $R^{-2}$ $R^{-2{,}5}$

Dammpartiklar som är några mikrometer stora närmar sig solen från ett avstånd av 1 astronomisk enhet på flera tusen år, varefter de avdunstar innan de når solen.

Samtidigt verkar lätt tryck på dammpartikeln , vilket stöter bort den från solen. Om partikeln är tillräckligt liten (mindre än cirka 0,5 µm för silikatpartiklar), så dominerar lätt tryck och partikeln trycks ut ur solsystemet.

Länkar

Poynting-Robertson-effekt, TSB
[bse.sci-lib.com/article090589.html Betydelsen av ordet "Poynting-Robertson-effekt" i Great Soviet Encyclopedia]
Fysisk uppslagsverk
Poynting, JH Strålning i solsystemet: dess effekt på temperatur och dess tryck på små kroppar (engelska) // Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Series A: journal. - Royal Society of London, 1904. - Vol. 202 , nr. 346-358 . - s. 525-552 . doi :/ rsta.1904.0012 .

Poynting, JHStrålning i solsystemet: dess effekt på temperatur och dess tryck på små kroppar // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society : journal . - Royal Astronomical Society, 1903. - November ( vol. 64 , nr. Appendix ). - S. 1-5 . - . (Abstract of Philosophical Transactions paper)

Robertson, HPDynamiska effekter av strålning i solsystemet (engelska) // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society : journal. - Royal Astronomical Society, 1937. - April ( vol. 97 ). - s. 423-438 . - .

Ordböcker och uppslagsverk	Stor katalanska Stor norsk Stor ryss Britannica (online)