YORP-эффект

Эффект Ярковского — О’Кифа — Радзиевского — Пэддэка (сокр. ЯОРП-эффект или YORP-эффект) — это явление изменения скорости вращения небольших астероидов неправильной формы под действием солнечного света. Термин ввёл в 2000 г. американский геофизик Д. Рубинкэм. Частное проявление этого явления известно с 1900 года как эффект Ярковского.

Принцип действия

Он заключается в неравномерном нагреве Солнцем поверхности вращающихся небесных тел. Из-за вращения астероида вечерняя сторона его поверхности является наиболее нагретой, поскольку она весь день находилась в зоне действия солнечного излучения и накопила максимум солнечной энергии, в то время как утренняя сторона является наиболее холодной, поскольку она всю ночь излучала полученное ранее от Солнца тепло. Таким образом, тепловое излучение с вечерней стороны астероида намного сильнее, чем с утренней. Это приводит к тому, что с вечерней стороны астероида начинает действовать реактивная сила, возникающая при излучении фотонов с поверхности астероида, которая практически не сбалансирована с утренней стороны астероида, поскольку там поверхность уже успела остыть за ночь. На вращение сферических тел эта сила не оказывает практически никакого влияния, поскольку возникающий реактивный импульс направлен перпендикулярно к поверхности астероида, которая в свою очередь перпендикулярна к радиусу, то есть в случае с телом сферической формы она направлена в центр масс астероида, что может слегка сместить орбиту тела (эффект Ярковского), но не изменит скорость его вращения. В астероиде неправильной формы возникающий импульс также всегда направлен перпендикулярно поверхности, но далеко не всегда к центру масс астероида, а зачастую под углом к направлению на него, что приводит к возникновению вращающего момента, который вызывает появление небольшого углового ускорения, что приводит к изменению скорости вращения астероида в зависимости от изначального направления его вращения.

Наибольшее влияние на степень действия эффекта имеют форма и размеры астероида. Как уже говорилось выше, он может оказывать влияние только на тело неправильной формы, при этом оно должно быть не слишком массивным. Заметное влияние YORP-эффект может оказать только на небольшие тела диаметром несколько километров, поскольку крупные астероиды имеют большой момент инерции, и раскрутить их значительно сложнее. К тому же они чаще имеют форму, близкую к сферической. При этом надо иметь в виду, что на астероиды, по форме близкие к эллипсоидам вращения, у которых радиус в плоскости вращения везде примерно одинаков, YORP-эффект тоже влияния не оказывает, если распределение альбедо поверхности более или менее равномерно.

• Пример: Чтобы увеличить скорость вращения астероида (951) Гаспра в два раза при его радиусе в 6 км и орбите с большой полуосью 2,21 а. е., потребуется около 240 млн лет, в то время как для астероида (243) Ида, если его поместить на место Гаспры, это время было бы в два раза меньше из-за более вытянутой формы этого астероида. С другой стороны, если Гаспру уменьшить в размере в 10 раз, то его скорость вращения изменится вдвое всего за несколько миллионов лет, в то время как для спутника Марса Фобоса оно составило бы несколько миллиардов лет.

Кроме того, степень влияния эффекта напрямую зависит от расстояния до Солнца: чем ближе к нему астероид, тем сильнее нагревается его поверхность, тем больше реактивный импульс, создаваемый вечерней стороной астероида, и тем сильнее влияние эффекта.

• Пример: Если астероид (951) Гаспра приблизить к Солнцу всего на 1 а. е., его скорость вращения изменится вдвое всего за 100 000 лет.

Помимо изменения скорости, YORP-эффект также может вызывать изменение наклона и прецессию оси вращения астероида, причём эти процессы могут происходить как регулярно, так и хаотично в зависимости от различных факторов.

YORP-эффект может являться одним из механизмов образования небольших тесных двойных систем астероидов, который может оказаться ещё более важным, чем столкновения, приливные нарушения или гравитационный захват.

История

Этот термин впервые был предложен американским геофизиком доктором Дэвидом Рубинкэмом  (англ.) (рус. в 2000 году^[1] и является аббревиатурой первых букв фамилий учёных, внёсших наибольший вклад в открытие и изучение данного явления. Среди них первое место по праву занимает российский учёный XIX века Иван Ярковский, который предположил, что тепловое излучение поверхности астероида, выделяемое им с ночной стороны, создаёт слабый реактивный импульс, что может привести к дополнительному ускорению астероида. В трактовке современной квантовой физики каждый фотон, испускаемый нагретой поверхностью астероида, придаёт ему импульс, равный ${\displaystyle p=hv/c}$, где ${\displaystyle hv}$ — энергия фотона, а ${\displaystyle c}$ — скорость света^[2]. Эта гипотеза, известная как эффект Ярковского, была впервые подтверждена на примере астероида (6489) Голевка путём наблюдения за изменением его орбиты в течение более чем 10 лет.

Позднее, уже в XX веке, советский астрофизик Владимир Радзиевский, уточнил, что интенсивность теплового излучения зависит от альбедо поверхности астероида^[3], а американские учёные Стивен Пэддэк  (англ.) (рус. и Джон О’Киф^{<span title="Статья «О’Киф, Джон (астроном)» в русском разделе отсутствует">ru</span>}_en показали, что ещё большее влияние на изменение угловой скорости оказывает форма астероида. В итоге учёные пришли к выводу, что именно YORP-эффект является причиной наблюдаемого избытка быстровращающихся объектов среди небольших асимметричных астероидов, приводящего к их разрыву центробежными силами^[4][5].

Наблюдения

В 2007 году по результатам радиолокационных наблюдений астероидов (1862) Аполлон^[6] и (54509) YORP^[7][8] YORP-эффект получил прямое подтверждение, причём в случае с последним астероидом влияние YORP-эффекта оказалось столь велико, что впоследствии ему в качестве имени было присвоено название данного явления^[9]. Так, по расчётам скорость вращения астероида (54509) YORP должна удвоиться всего за 600 000 лет, а через 35 млн лет его период обращения и вовсе составит всего 20 секунд, что в дальнейшем может привести к разрыву астероида центробежными силами. На сегодняшний день угловое ускорение этого астероида составляет 2,0(± 0,2)⋅10^-4 °/день^2[10]. Кроме того, влияние YORP-эффекта может привести к изменению наклона и прецессии оси вращения.

Наблюдения показывают, что для астероидов диаметром более 125 км кривая распределения скоростей вращения соответствует распределению Максвелла, в то время как для небольших тел диаметром от 50 до 125 км наблюдается некоторое увеличение быстро вращающихся (медленно вращающихся) объектов, а для мелких астероидов менее 50 км в диаметре и вовсе характерно большое количество астероидов с очень большими или очень малыми скоростями вращения вокруг своей оси. По сути, происходит смещение областей плотности астероидов к краям распределения по мере уменьшения размеров астероидов. YORP-эффект является главным механизмом подобного смещения. Он также объясняет относительно небольшое количество небольших астероидов асимметричной формы^[4], а также существование небольших тесных двойных систем астероидов, вращающихся вокруг общего центра масс^[11], которые не могут быть объяснены только как результат взаимных столкновений астероидов^[12]. С другой стороны, он не способен существенно изменить скорости вращения крупных тел вроде астероида (253) Матильда.

См. также

• Эффект Ярковского
• Орбитальная скорость
• Приливные силы
• Солнечная радиация
• Приливное ускорение
• (54509) YORP

Примечания

Ссылки

• Opazovanja pojava JORP
• Opis delovanja pojava JORP
• Primer izračunavanja velikosti pojava JORP
• Klotz, Irene (2007-03-07). "Asteroid Spin Changed by Sunlight". Discovery Communications, LLC. Архивировано из оригинала 26 апреля 2008.
• Asteroid rotation discovery reported
• O'Keefe, John A.  (англ.) (рус.. Tektites and Their Origin. — Elsevier, 1976.
• Paddack, Stephen J., Rotational bursting of small celestial bodies: Effects of radiation pressure, J. Geophys. Res., 74, 4379-4381 (1969)
• Radzievskii, V. V. A mechanism for the disintegration of asteroids and meteorites (англ.) // Доклад Академии наук : journal. — 1954. — Vol. 97. — P. 49—52.
• Rubincam, David P., Radiative spin-up and spin-down of small asteroids, Icarus, 148, 2-11 (2000)
• Statler, Thomas S. (2009-03-05). "Extreme Sensitivity of the YORP Effect to Small-Scale Topography". arXiv:0903.1119.
• S. C. Lowry et. al. Science 316 272 (2007) (Abstract).
• P.A. Taylor et. al. Science 316 274 (2007) (Abstract).
• M. Kaasalenien et. al. Nature 446, 420 (2007).
• New Scientist Space : «Sun sends bumpy asteroids into a spin»
• Discovery News : «Asteroid Spin Changed by Sunlight».
• Berliner Zeitung : «Die Strahlung der Sonne versetzt kleine Himmelskörper ganz langsam in Schwung (недоступная ссылка)».

Эта страница в последний раз была отредактирована 13 марта 2024 в 10:11.