efekt YORP

Nie mylić z efektem Jarkowskiego .
Sferyczna asteroida z dwoma występami w kształcie klina. Światło ponownie wypromieniowane z płetwy „B” ma taką samą wielkość jak płetwa „A”, ale nie jest równoległe do padającego światła. To wytwarza moment obrotowy na obiekcie.

Yarkovsky'ego -O'Keefe-Radzievskii-Paddack , w skrócie YORP , zmienia stan rotacji małego ciała astronomicznego - to znaczy prędkość wirowania ciała i nachylenie jego bieguna (biegunów) - z powodu rozproszenia promieniowanie słoneczne z jego powierzchni oraz emisję własnego promieniowania cieplnego .

Efekt YORP jest zwykle brany pod uwagę w przypadku asteroid z ich heliocentryczną orbitą w Układzie Słonecznym . Efekt jest odpowiedzialny za tworzenie podwójnych i spadających , a także za zmianę bieguna asteroidy w kierunku 0 ° , 90 ° lub 180 ° w stosunku do płaszczyzny ekliptyki , a tym samym modyfikację jej szybkości dryfu heliocentrycznego radialnego z powodu efektu Yarkovsky'ego .

Termin

Termin ten został ukuty przez Davida P. Rubincama w 2000 roku, aby uhonorować czterech ważnych autorów koncepcji stojących za tak zwanym efektem YORP. W XIX wieku Iwan Jarkowski zdał sobie sprawę, że promieniowanie cieplne uciekające z ciała ogrzanego przez Słońce niesie ze sobą zarówno pęd , jak i ciepło . W tłumaczeniu na współczesną fizykę każdy emitowany foton ma pęd p = E/c, gdzie E to jego energia , a c to prędkość światła . Vladimir Radzievskii zastosował ten pomysł do rotacji w oparciu o zmiany albedo , a Stephen Paddack zdał sobie sprawę, że kształt jest znacznie skuteczniejszym sposobem zmiany szybkości wirowania ciała. Stephen Paddack i John O'Keefe zasugerowali, że efekt YORP prowadzi do rozerwania obrotowego, a poprzez wielokrotne przechodzenie tego procesu, małe asymetryczne ciała ostatecznie zostają zredukowane do pyłu.

Mechanizm fizyczny

W zasadzie promieniowanie elektromagnetyczne oddziałuje z powierzchnią asteroidy na trzy istotne sposoby: promieniowanie słoneczne jest (1) pochłaniane i (2) dyfuzyjnie odbijane od powierzchni ciała, a energia wewnętrzna ciała jest (3) emitowana jako ciepło promieniowanie . Ponieważ fotony posiadają pęd , każde z tych oddziaływań prowadzi do zmian momentu pędu ciała względem jego środka masy . Zmiany te, rozpatrywane tylko przez krótki okres czasu, są bardzo małe, ale w dłuższych okresach czasu zmiany te mogą łączyć się ze znacznymi zmianami momentu pędu ciała. W przypadku ciał na orbicie heliocentrycznej odpowiednim długim okresem jest okres orbitalny (tj. rok), ponieważ większość asteroid ma okresy rotacji (tj. dni) krótsze niż ich okresy orbitalne. Tak więc w przypadku większości asteroid efekt YORP to świecka zmiana stanu rotacji asteroidy po uśrednieniu promieniowania słonecznego momentu obrotowego najpierw w okresie rotacji, a następnie w okresie orbity.

obserwacje

W 2007 roku nastąpiło bezpośrednie obserwacyjne potwierdzenie wpływu YORP na małe asteroidy 54509 YORP (wówczas oznaczone jako 2000 PH 5 ) i 1862 Apollo . Szybkość wirowania 54509 YORP podwoi się w ciągu zaledwie 600 000 lat, a efekt YORP może również zmienić nachylenie osiowe i precesji , tak że cały zestaw zjawisk YORP może wprowadzić asteroidy w interesujące rezonansowe stany wirowania i pomaga wyjaśnić istnienie asteroidy binarne .

Obserwacje pokazują, że asteroidy o średnicy większej niż 125 km mają prędkości obrotowe zgodne z rozkładem częstotliwości Maxwella , podczas gdy mniejsze asteroidy (w zakresie wielkości od 50 do 125 km) wykazują niewielki nadmiar szybkich rotatorów. Najmniejsze asteroidy (o rozmiarach mniejszych niż 50 km) wykazują wyraźny nadmiar bardzo szybkich i wolnych rotatorów, co staje się jeszcze bardziej widoczne w miarę mierzenia mniejszych populacji. Wyniki te sugerują, że jeden lub więcej mechanizmów zależnych od wielkości wyludnia środek rozkładu szybkości wirowania na rzecz skrajności. Efekt YORP jest głównym kandydatem. Nie jest w stanie samodzielnie znacząco modyfikować szybkości wirowania dużych asteroid, więc należy szukać innego wyjaśnienia dla obiektów takich jak 253 Mathilde .

Pod koniec 2013 roku zaobserwowano rozpad asteroidy P/2013 R3 , prawdopodobnie z powodu dużej prędkości obrotowej spowodowanej efektem YORP.

Przykłady

Załóżmy, że obracająca się kulista asteroida ma dwie płetwy w kształcie klina przymocowane do równika, napromieniowane równoległymi promieniami światła słonecznego. Siła reakcji fotonów wychodzących z dowolnego elementu powierzchni sferycznego rdzenia będzie normalna do powierzchni, tak że nie zostanie wytworzony żaden moment obrotowy (wszystkie wektory siły przechodzą przez środek masy).

Fotony emitowane termicznie, wypromieniowane ponownie z boków klinów, mogą jednak wytworzyć moment obrotowy, ponieważ wektory normalne nie przechodzą przez środek masy. Obie płetwy mają ten sam przekrój poprzeczny dla padającego światła (mają taką samą wysokość i szerokość), a więc pochłaniają i odbijają taką samą ilość energii i wytwarzają taką samą siłę. Jednak ze względu na ukośne powierzchnie żeber, siły normalne z ponownie wypromieniowanych fotonów nie znoszą się. Na diagramie promieniowanie wychodzące Fin A wytwarza siłę równikową równoległą do padającego światła i nie ma siły pionowej, ale siła Fin B ma mniejszą składową równikową i składową pionową. Niezrównoważone siły działające na dwie płetwy prowadzą do momentu obrotowego i obracania się obiektu. Moment obrotowy z wychodzącego światła nie uśrednia się, nawet przy pełnym obrocie, więc wirowanie przyspiesza z czasem.

Obiekt z pewną asymetrią „wiatraka” może zatem zostać poddany niewielkim siłom momentu obrotowego, które będą miały tendencję do obracania go w górę lub w dół, a także do precesji jego osi obrotu . Efekt YORP wynosi zero dla obracającej się elipsoidy , jeśli nie ma żadnych nieregularności w temperaturze powierzchni lub albedo .

nachylenie i prędkość obrotu obiektu mogą zmieniać się losowo, chaotycznie lub regularnie, w zależności od kilku czynników. Na przykład, zakładając , że Słońce pozostaje na swoim równiku , asteroida 951 Gaspra , o promieniu 6 km i półosi wielkiej 2,21 AU , w ciągu 240 mA (240 milionów lat) przeszłaby z okresu rotacji 12 h do 6 h i odwrotnie. Gdyby 243 Ida otrzymał taki sam promień i wartości orbity jak Gaspra, obracałby się w górę lub w dół dwa razy szybciej, podczas gdy ciało z Fobosa potrzebowałby kilku miliardów lat, aby zmienić swój obrót o tę samą wartość.

Zarówno rozmiar, jak i kształt wpływają na wielkość efektu. Mniejsze obiekty będą obracać się w górę lub w dół znacznie szybciej. Gdyby Gaspra była 10 razy mniejsza (do promienia 500 m), jej obrót zmniejszyłby się o połowę lub podwoił w ciągu zaledwie kilku milionów lat. Podobnie efekt YORP nasila się dla obiektów znajdujących się bliżej Słońca. Przy 1 jednostce astronomicznej Gaspra podwoiłaby/zmniejszyła o połowę swoją prędkość wirowania w ciągu zaledwie 100 000 lat. Po milionie lat jego okres może skurczyć się do ~2 godzin, po czym może zacząć się rozpadać. [ potrzebne źródło ] Zgodnie z modelem z 2019 roku, efekt YORP prawdopodobnie spowoduje „powszechną fragmentację asteroid”, gdy Słońce rozszerza się w świetlistą czerwonego olbrzyma i może wyjaśniać dyski pyłowe i pozorną opadającą materię obserwowane na wielu białych karłach .

Jest to jeden z mechanizmów, za pomocą którego mogą tworzyć się układy podwójne , i może być bardziej powszechny niż zderzenia i rozerwanie pływów planetarnych w pobliżu spotkania jako główny sposób formowania układów podwójnych.

Asteroida 2000 PH 5 została później nazwana 54509 YORP , aby uhonorować jej udział w potwierdzeniu tego zjawiska.

Zobacz też

Notatki

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=YORP_effect&oldid=1141912957 ”