Yarkovsky efekt - Yarkovsky effect

Nesmí být zaměňována s efektem Yarkovsky – O'Keefe – Radzievskii – Paddack .
Yarkovsky efekt:
  1. Záření z povrchu asteroidů
  2. Progradujte rotující asteroid
  3. Oběžná dráha asteroidu
  4. Záření ze Slunce

Jarkovského efekt je síla, působící na rotující těleso v prostoru způsobené anizotropního emisí tepelných fotonů , které nesou na síle . Obvykle se uvažuje ve vztahu k meteoroidům nebo malým asteroidům (o průměru asi 10 cm až 10 km), protože jeho vliv je u těchto těles nejvýznamnější.

Historie objevu

Účinek objevil polsko -ruský stavební inženýr Ivan Osipovič Yarkovsky (1844–1902), který ve svém volném čase pracoval v Rusku na vědeckých problémech. Při psaní brožury kolem roku 1900 Yarkovsky poznamenal, že každodenní zahřívání rotujícího předmětu ve vesmíru způsobí, že zažije sílu, která, i když je malá, může vést k velkým dlouhodobým účinkům na oběžné dráze malých těles, zejména meteoroidů. a malé asteroidy . Jarkovského vhled by byl zapomenut, nebýt estonského astronoma Ernsta J. Öpika (1893–1985), který četl Jarkovského pamflet někdy kolem roku 1909. O desetiletí později Öpik, připomínající pamflet z paměti, diskutoval o možném významu Yarkovského vliv na pohyb meteoroidů kolem sluneční soustavy .

Mechanismus

Yarkovského efekt je důsledkem skutečnosti, že změna teploty předmětu ohřátého zářením (a tedy intenzita tepelného záření z objektu) zaostává za změnami přicházejícího záření. To znamená, že povrch předmětu se po prvním osvětlení zahřeje a po vychladnutí chvíli trvá, než se ochladí. Účinek má obecně dvě složky:

  • Denní efekt: Na rotujícím těle osvětleném Sluncem (např. Asteroid nebo Země) se povrch během dne ohřívá slunečním zářením a v noci chladí. Vzhledem k tepelným vlastnostem povrchu existuje zpoždění mezi absorpcí záření ze Slunce a emisí záření jako tepla, takže nejteplejší bod na rotujícím tělesu se vyskytuje kolem místa „2 PM“ na povrchu, nebo lehce po poledni. Výsledkem je rozdíl mezi směry absorpce a opětovné emise záření, což poskytuje čistou sílu ve směru pohybu oběžné dráhy. Pokud je objektem progresivní rotátor, je síla ve směru pohybu oběžné dráhy a způsobuje, že se polovysoká osa oběžné dráhy neustále zvyšuje; předmět se točí od Slunce. Retrográdní rotátor spirále dovnitř. Denní účinek je dominantní složkou pro tělesa o průměru větším než asi 100 m.
  • Sezónní efekt: To je nejsnáze pochopitelné pro idealizovaný případ netočivého tělesa obíhajícího kolem Slunce, u kterého každý „rok“ sestává přesně z jednoho „dne“. Jak cestuje po své oběžné dráze, hemisféra „soumraku“, která byla zahřívána po dlouhou předchozí dobu, je vždy ve směru orbitálního pohybu. Přebytek tepelného záření v tomto směru způsobuje brzdnou sílu, která vždy způsobí spirálu směrem dovnitř ke Slunci. V praxi se u rotujících těles tento sezónní efekt zvyšuje spolu s osovým náklonem . Dominuje pouze tehdy, je -li denní účinek dostatečně malý. K tomu může dojít z důvodu velmi rychlého otáčení (na noční straně není čas na ochlazení, tudíž téměř rovnoměrné podélné rozložení teploty), malých rozměrů (celé tělo se zahřívá po celou dobu) nebo axiálního náklonu téměř 90 °. Sezónní účinek je důležitější u menších úlomků asteroidů (od několika metrů až do zhruba 100 m) za předpokladu, že jejich povrchy nejsou pokryty izolační vrstvou regolitu a nemají mimořádně pomalé rotace. Navíc ve velmi dlouhých časových obdobích, ve kterých může být osa otáčení těla opakovaně měněna v důsledku kolizí (a tedy i směru změn denního účinku), bude mít tendenci dominovat také sezónní efekt.

Účinek je obecně závislý na velikosti a bude mít vliv na hlavní poloosu menších asteroidů, zatímco velké asteroidy zůstanou prakticky nedotčeny. U kilometerových asteroidů je Yarkovského efekt během krátkých období nepatrný: síla na asteroid 6489 Golevka byla odhadnuta na 0,25 newtonu , pro čisté zrychlení 10 −12  m/s 2 . Ale je to stabilní; po miliony let může být oběžná dráha asteroidu natolik narušena, že je může transportovat z pásu asteroidů do vnitřní sluneční soustavy.

Mechanismus je komplikovanější u těles na silně excentrických drahách.

Měření

Účinek byl poprvé změřen v letech 1991–2003 na asteroidu 6489 Golevka . Asteroid se ubíral 15 km od své předpokládané polohy po dobu dvanácti let (oběžná dráha byla s velkou přesností stanovena sérií radarových pozorování v letech 1991, 1995 a 1999 z radioteleskopu Arecibo ).

Bez přímého měření je velmi těžké předpovědět přesný výsledek Yarkovského efektu na oběžnou dráhu daného asteroidu. Důvodem je, že velikost účinku závisí na mnoha proměnných, které je obtížné určit z omezených pozorovacích informací, které jsou k dispozici. Patří sem přesný tvar asteroidu, jeho orientace a jeho albedo . Výpočty jsou dále komplikovány efekty stínování a tepelného „opětovného osvětlení“, ať už způsobeným místními krátery nebo možným celkovým konkávním tvarem. Yarkovského efekt také soutěží s radiačním tlakem , jehož čistý účinek může způsobit podobné malé dlouhodobé síly u těles s variacemi albedo nebo nesférických tvarů.

Jako příklad, dokonce i pro jednoduchý případ čistého sezónního Yarkovského efektu na sférickém tělese na kruhové dráze s 90 ° šikmostí , se mohou změny poloosové hlavní osy lišit až o faktor dva mezi případem rovnoměrného albedo a v případě silné asymetrie severo -jižního albeda. V závislosti na oběžné dráze a ose rotace objektu může být Yarkovského změna semi-hlavní osy obrácena jednoduše změnou z sférického na nesférický tvar.

Navzdory těmto obtížím je využití Yarkovského efektu jedním ze zkoumaných scénářů ke změně průběhu potenciálně Země ovlivňujících blízkozemských asteroidů . Možné strategie vychýlení asteroidů zahrnují „natření“ povrchu asteroidu nebo zaostření slunečního záření na asteroid, aby se změnila intenzita Yarkovského efektu a změnila se tak oběžná dráha asteroidu mimo kolizi se Zemí. OSIRIS-REx mise, která byla zahájena v září 2016, studuje vliv Jarkovského na asteroidu Bennu .

V roce 2020 astronomové potvrdili Yarkovského zrychlení asteroidu 99942 Apophis . Zjištění jsou relevantní pro zamezení dopadu asteroidů, protože se předpokládalo, že 99942 Apophis má velmi malou šanci na dopad Země v roce 2068 a Yarkovského efekt byl významným zdrojem nejistoty predikce. V roce 2021 multidisciplinární profesionálně-amatérská spolupráce kombinovala družicová a pozemní radarová měření Gaia s amatérskými pozorováními hvězdných zákrytů za účelem dalšího upřesnění oběžné dráhy 99942 Apophis a měření Yarkovského zrychlení s vysokou přesností na 0,5%. Díky nim byli astronomové schopni eliminovat možnost srážky se Zemí minimálně na dalších 100 let.

Viz také

Reference

externí odkazy