YORP efekt

Yarkovsky-O'Keeffe-Radzievsky-Paddack efekt (zkr. YORP-efekt nebo YORP-efekt ) je jev změny rychlosti rotace malých nepravidelně tvarovaných asteroidů vlivem slunečního záření . Termín zavedl v roce 2000 americký geofyzik D. Rubinkem . Zvláštní projev tohoto jevu je znám od roku 1900 jako Yarkovského efekt .

Jak to funguje

Spočívá v nerovnoměrném zahřívání povrchu rotujících nebeských těles Sluncem. Díky rotaci asteroidu je nejteplejší večerní strana jeho povrchu, protože se celý den nacházela v zóně slunečního záření a akumulovala maximum sluneční energie, zatímco ranní strana je nejchladnější, protože vyzařovala přijaté teplo. od Slunce celou noc. Tepelné záření z večerní strany asteroidu je tedy mnohem silnější než z ranní strany. To vede k tomu, že na večerní straně asteroidu začíná působit reaktivní síla, ke které dochází při emitování fotonů z povrchu asteroidu, který je na ranní straně asteroidu prakticky nevyvážený, protože tamní povrch má již v noci vychladl. Tato síla nemá prakticky žádný vliv na rotaci kulových těles, protože výsledný reaktivní impuls směřuje kolmo k povrchu asteroidu, který je zase kolmý k poloměru, to znamená, že v případě kulového tělesa je nasměrován do těžiště asteroidu, což může oběžné těleso mírně posunout ( Yarkovského efekt ), ale nezmění rychlost jeho rotace. U asteroidu nepravidelného tvaru je výsledný impuls také vždy směrován kolmo k povrchu, ale ne vždy do středu hmoty asteroidu a často pod úhlem ke směru k němu, což vede ke vzniku točivého momentu, což způsobuje mírné úhlové zrychlení, které vede ke změně rychlosti rotace asteroidu v závislosti na počátečním směru jeho rotace.

Největší vliv na rozsah účinku má tvar a velikost asteroidu. Jak již bylo zmíněno výše, může postihnout pouze nepravidelně tvarované tělo, přičemž by nemělo být příliš masivní. Efekt YORP může mít znatelný vliv pouze na malá tělesa o průměru několika kilometrů, protože velké asteroidy mají velký moment setrvačnosti a je mnohem obtížnější je roztočit. Navíc mají často tvar blízký kulovému. Je třeba mít na paměti, že YORP efekt také neovlivňuje asteroidy, které se tvarem blíží rotačním elipsoidům, jejichž poloměr v rovině rotace je přibližně stejný, pokud je rozložení povrchového albeda víceméně rovnoměrné.

Míra vlivu efektu navíc přímo závisí na vzdálenosti ke Slunci: čím blíže je asteroid k němu, tím více se jeho povrch zahřívá, tím větší je reaktivní impuls vytvořený večerní stranou asteroidu. silnější vliv účinku.

YORP efekt může kromě změny rychlosti způsobit i změnu sklonu a precese rotační osy planetky a tyto procesy mohou probíhat jak pravidelně, tak chaoticky v závislosti na různých faktorech.

YORP efekt může být jedním z mechanismů pro tvorbu malých, blízkých binárních systémů asteroidů , které mohou být ještě důležitější než srážky, slapové poruchy nebo gravitační zachycení.

Historie

Tento termín poprvé navrhl americký geofyzik Dr. David Rubinkam.v roce 2000 [1] a je zkratkou prvních písmen jmen vědců, kteří nejvíce přispěli k objevu a studiu tohoto fenoménu. Mezi nimi právem zaujímá první místo ruský vědec z 19. století Ivan Osipovič Yarkovsky , který navrhl, že tepelné záření povrchu asteroidu, které vyzařuje z noční strany, vytváří slabý reaktivní impuls, který může vést k dalšímu zrychlení asteroidu. V interpretaci moderní kvantové fyziky každý foton emitovaný zahřátým povrchem asteroidu mu dává impuls rovný , kde  je energie fotonu a  je rychlost světla [2] . Tato hypotéza, známá jako Yarkovského efekt , byla poprvé potvrzena na příkladu asteroidu (6489) Golevka pozorováním změny jeho oběžné dráhy po dobu delší než 10 let.

Později, již ve 20. století, sovětský astrofyzik Vladimir Vjačeslavovič Radzievskij objasnil, že intenzita tepelného záření závisí na albedu povrchu asteroidu [3] , a američtí vědci Stephen Paddacka John O'Keeffe ukázali, že tvar asteroidu má ještě větší vliv na změnu úhlové rychlosti. V důsledku toho vědci dospěli k závěru, že právě YORP efekt je příčinou pozorovaného přebytku rychle rotujících objektů mezi malými asymetrickými asteroidy vedoucí k jejich roztržení odstředivými silami [4] [5] .

Pozorování

V roce 2007 se podle výsledků radarového pozorování planetek (1862) Apollo [6] a (54509) YORP [7] [8] , přímo potvrdil YORP efekt a v případě poslední planetky vliv tzv. YORP efekt se ukázal být tak silný, že následně byl tento fenomén pojmenován [9] . Takže podle výpočtů by se rychlost rotace asteroidu (54509) YORP měla zdvojnásobit za pouhých 600 000 let a po 35 milionech let bude doba jeho otáčení pouze 20 sekund, což může v budoucnu vést k prasknutí asteroidu. odstředivými silami. Dnes je úhlové zrychlení tohoto asteroidu 2,0(± 0,2)⋅10 -4 °/den 2 [10] . Kromě toho může vliv YORP efektu vést ke změně náklonu a precese rotační osy .

Pozorování ukazují, že pro asteroidy s průměrem větším než 125 km odpovídá křivka rozdělení rychlosti rotace Maxwellovu rozdělení , zatímco u malých těles o průměru 50 až 125 km dochází k mírnému nárůstu rychle rotujících (pomalu rotujících) objektů. , a pro malé asteroidy o průměru menším než 50 km a vyznačuje se velkým počtem asteroidů s velmi vysokou nebo velmi nízkou rychlostí rotace kolem své osy. Ve skutečnosti dochází k posunu hustoty asteroidů k ​​okrajům distribuce, jak se velikost asteroidů zmenšuje. YORP efekt je hlavním mechanismem za tímto posunem. Vysvětluje také relativně malý počet malých asymetricky tvarovaných asteroidů [4] a také existenci malých, blízkých binárních systémů asteroidů obíhajících kolem společného těžiště [11] , které nelze vysvětlit pouze jako důsledek vzájemných srážek asteroidů [ 11] 12] . Na druhou stranu není schopen výrazně měnit rychlost rotace velkých těles jako asteroid (253) Matilda .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ David Perry Rubincam. Radiative Spin-up and Spin-down of Small Asteroids  (anglicky) 1. Icarus (2000). doi : 10.1006/icar.2000.6485 .
  2. ↑ Barová konstanta h=6,62⋅10 -34 J*s, rychlost světla=300 000 km/s, energie fotonu E=hv
  3. ↑ Radzievskiy V.V. Mechanismus ničení asteroidů a meteoritů // Zpráva Akademie věd SSSR. - 1954. - T. 97 . - S. 49-52 .
  4. ↑ 1 2 S. J. Paddack, JW Rhee, Geophys. Res. Lett 2 , 365 (1975)
  5. ↑ D.P. Rubincam. Radiační spin-up a spin-down malých asteroidů (nedostupný odkaz - historie ) 2–11 148. Icarus (2000). 
  6. ↑ M. Kaasalainen a kol., Nature 446 , 420 (2007) doi : 10.1038/nature05614
  7. ↑ SC Lowry a kol., Science 316 272 (2007) doi : 10.1126/science.1139040
  8. ↑ P. A. Taylor a kol., Science 316 274 (2007) doi : 10.1126/science.1139038
  9. ↑ New Scientist 2594 03/10/2007
  10. ↑ Opazovanje asteroida 2000 PH5
  11. ↑ DP Rubincam a SJ Paddack, Science 316 211 (2007) doi : 10.1126/science.1141930
  12. ↑ DP Rubincam, SJ Paddack, Science 316 211 (2007)

Odkazy