Эффект Ярковского
- Излучение от поверхности астероида
- Прогрейд вращающийся астероид
- 2.1. Локация с «Днем»
- Орбита астероида
- Излучение Солнца
Эффект Ярковского — сила, действующая на вращающееся тело в пространстве, вызванная анизотропным излучением тепловых фотонов , несущих импульс . Обычно его рассматривают применительно к метеороидам или небольшим астероидам (диаметром примерно от 10 см до 10 км), так как для этих тел его влияние наиболее значимо.
История открытия
[ редактировать ]Эффект был обнаружен польско -российскими [1] инженер-строитель Иван Осипович Ярковский (1844–1902), в свободное время работавший в России над научными проблемами. В брошюре примерно в 1900 году Ярковский отметил, что ежедневный нагрев вращающегося объекта в космосе заставит его испытывать силу, которая, хотя и крошечная, но может привести к большим долгосрочным последствиям на орбитах небольших тел, особенно метеороидов. и небольшие астероиды . Прозрение Ярковского было бы забыто, если бы не эстонский астроном Эрнст Й. Эпик (1893–1985), который прочитал брошюру Ярковского где-то около 1909 года. Десятилетия спустя Эпик, вспоминая брошюру по памяти, обсуждал возможную важность Ярковского. Влияние на движение метеороидов вокруг Солнечной системы . [2]
Механизм
[ редактировать ]Эффект Ярковского является следствием того, что изменение температуры нагретого радиацией объекта (а значит, и интенсивности теплового излучения от объекта) отстает от изменения приходящей радиации. То есть поверхности объекта требуется время, чтобы нагреться при первом освещении, и требуется время, чтобы остыть, когда освещение прекращается. В целом эффект состоит из двух компонентов:
- Суточный эффект: Поверхность вращающегося тела, освещаемого Солнцем (например, астероида или Земли), днем нагревается солнечной радиацией, а ночью охлаждается. Тепловые свойства поверхности вызывают задержку между поглощением радиации Солнца и испусканием радиации в виде тепла, поэтому самая теплая точка на вращающемся теле приходится на точку «14:00» на поверхности или чуть позже полудня. Это приводит к разнице между направлениями поглощения и переизлучения излучения, что дает результирующую силу вдоль направления движения орбиты. Если объект представляет собой прямоходный ротатор, сила направлена в направлении движения орбиты и заставляет большую полуось орбиты постоянно увеличиваться; объект удаляется по спирали от Солнца. Ретроградный ротатор движется по спирали внутрь . Суточный эффект является доминирующим компонентом для тел диаметром более 100 м. [3]
- Сезонный эффект. Это легче всего понять на примере идеализированного случая невращающегося тела, вращающегося вокруг Солнца, для которого каждый «год» состоит ровно из одного «дня». При движении вокруг своей орбиты «сумеречное» полушарие, нагретое за длительный предшествующий период времени, неизменно находится в направлении орбитального движения. Избыток теплового излучения в этом направлении вызывает тормозящую силу, которая всегда вызывает движение по спирали внутрь к Солнцу. На практике для вращающихся тел этот сезонный эффект увеличивается вместе с осевым наклоном . Он доминирует только в том случае, если суточный эффект достаточно мал. Это может произойти из-за очень быстрого вращения (нет времени на остывание на ночной стороне, отсюда почти равномерное продольное распределение температуры), малого размера (все тело нагревается по всему телу) или осевого наклона, близкого к 90°. Сезонный эффект более важен для более мелких фрагментов астероидов (от нескольких метров до примерно 100 м), при условии, что их поверхности не покрыты изолирующим реголитом. слой и они не имеют слишком медленного вращения. Кроме того, в очень длительных временных масштабах, в течение которых ось вращения тела может неоднократно меняться в результате столкновений (и, следовательно, также меняется направление суточного эффекта), сезонный эффект также будет иметь тенденцию доминировать. [3]
В общем, эффект зависит от размера и затрагивает большую полуось меньших астероидов, оставляя при этом большие астероиды практически незатронутыми. Для астероидов размером в километр эффект Ярковского ничтожен в течение коротких периодов времени: сила, действующая на астероид 6489 Голевка, оценивается в 0,25 ньютона , при чистом ускорении 10 −12 РС 2 . Но оно устойчиво; за миллионы лет орбита астероида может быть достаточно возмущена, чтобы перенести его из пояса астероидов во внутреннюю часть Солнечной системы.
Механизм более сложен для тел, находящихся на сильно эксцентричных орбитах.
Измерение
[ редактировать ]Впервые эффект был измерен в 1991–2003 годах на астероиде 6489 Голёвка . Астероид за двенадцать лет сместился на 15 км от предсказанного положения (орбита была установлена с большой точностью серией радиолокационных наблюдений в 1991, 1995 и 1999 годах с радиотелескопа Аресибо ). [4]
Без прямых измерений очень трудно предсказать точный результат эффекта Ярковского на орбите данного астероида. Это связано с тем, что величина эффекта зависит от многих переменных, которые трудно определить на основе имеющейся ограниченной наблюдательной информации. К ним относятся точная форма астероида, его ориентация и альбедо . Расчеты еще больше усложняются эффектами затенения и теплового «переосвещения», вызванными как локальными кратерами, так и возможной общей вогнутой формой. Эффект Ярковского также конкурирует с радиационным давлением , суммарный эффект которого может вызывать аналогичные небольшие долговременные силы для тел с изменениями альбедо или несферическими формами.
Например, даже для простого случая чистого сезонного эффекта Ярковского на сферическом теле на круговой орбите с наклоном 90 ° изменения большой полуоси могут отличаться почти в два раза в случае однородного альбедо. и случай сильной асимметрии альбедо север-юг. объекта В зависимости от орбиты и оси вращения изменение Ярковского большой полуоси можно обратить вспять, просто изменив сферическую форму на несферическую.
Несмотря на эти трудности, использование эффекта Ярковского является одним из исследуемых сценариев изменения курса астероидов, потенциально способных столкнуться с Землей . Возможные стратегии отклонения астероида включают «раскрашивание» поверхности астероида или фокусировку солнечного излучения на астероиде, чтобы изменить интенсивность эффекта Ярковского и, таким образом, изменить орбиту астероида, чтобы избежать столкновения с Землей. [5] Миссия OSIRIS-REx , запущенная в сентябре 2016 года, изучает эффект Ярковского на астероиде Бенну . [6]
В 2020 году астрономы Ярковского подтвердили ускорение астероида 99942 Апофис . Полученные результаты актуальны для предотвращения столкновения с астероидом , поскольку считалось, что 99942 Апофис имел очень небольшую вероятность столкновения с Землей в 2068 году, а эффект Ярковского был существенным источником неопределенности прогнозов. [7] [8] В 2021 году междисциплинарное профессионально-любительское сотрудничество объединило спутниковые и наземные радиолокационные измерения Gaia с любительскими наблюдениями за затмением звезд для дальнейшего уточнения орбиты 99942 Апофиса и измерения ускорения Ярковского с высокой точностью, с точностью до 0,5%. Благодаря этому астрономы смогли исключить возможность столкновения с Землей как минимум на ближайшие 100 лет. [9]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Бикман, Джордж (2005). «Почти забытый учёный Иоанн Осипович Ярковский» (PDF) . Журнал Британской астрономической ассоциации . 115 (4): 207. Бибкод : 2005JBAA..115..207B . Архивировано из оригинала 12 августа 2021 г. Проверено 12 августа 2021 г.
- ^ Эпик, Э.Дж. (1951). «Вероятности столкновений с планетами и распределение межпланетной материи». Труды Королевской ирландской академии . 54А : 165–199. JSTOR 20488532 .
- ^ Jump up to: а б Боттке-младший, Уильям Ф.; и др. (2006). «Эффекты Ярковского и YORP: последствия для динамики астероидов» (PDF) . Анну. Преподобный Планета Земля. наук. 34 : 157–191. Бибкод : 2006AREPS..34..157B . doi : 10.1146/annurev.earth.34.031405.125154 . S2CID 11115100 . Архивировано (PDF) из оригинала 12 августа 2021 г. Проверено 12 августа 2021 г.
- ^ Чесли, Стивен Р.; и др. (2003). «Прямое обнаружение эффекта Ярковского с помощью радара до астероида 6489 Голевка» (PDF) . Наука . 302 (5651): 1739–1742. Бибкод : 2003Sci...302.1739C . дои : 10.1126/science.1091452 . ПМИД 14657492 . S2CID 21091302 . Архивировано (PDF) из оригинала 12 августа 2021 г. Проверено 12 августа 2021 г.
- ^ Рэндалл, Кейт (21 февраля 2013 г.). «Астероиды не подходят для краскопульта, говорит профессор» . Архивировано из оригинала 2 марта 2013 года . Проверено 12 августа 2021 г. Альтернативная ссылка с видео. Архивировано 12 августа 2021 г. на Wayback Machine.
- ^ «ОСИРИС-РЕкс – Вопросы и Ответы» . Архивировано из оригинала 12 августа 2021 г. Проверено 12 августа 2021 г.
- ^ «Печально известный астероид Апофис ускоряется | EarthSky.org» . EarthSky.org . Архивировано из оригинала 2 мая 2021 года . Проверено 10 ноября 2020 г.
- ^ Толен, Д.; Фарноккья, Д. (1 октября 2020 г.). «Обнаружение ускорения Ярковского (99942) Апофиса» (PDF) . Тезисы совещаний AAS/Отдела планетарных наук . 52 (6): 214.06. Бибкод : 2020ДПС....5221406Т . Архивировано (PDF) из оригинала 12 августа 2021 года . Проверено 12 августа 2021 г.
- ^ «Ускорение Апофиса Ярковского улучшилось благодаря звездному покрытию» . www.cosmos.esa.int . 26 марта 2021 года. Архивировано из оригинала 12 августа 2021 года . Проверено 12 августа 2021 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Ньюджент, Чехия; Марго, JL; Чесли, СР; Вокруглицкий, Д. (2012). «Обнаружение дрейфа большой полуоси у 54 околоземных астероидов: новые измерения эффекта Ярковского» (PDF) . Астрономический журнал . 144 (2): 60. arXiv : 1204.5990 . Бибкод : 2012AJ....144...60N . дои : 10.1088/0004-6256/144/2/60 . S2CID 26376355 .
- Астероид, сдвинутый солнечным светом: наиболее точное измерение эффекта Ярковского - ( ScienceDaily 24 мая 2012 г.)
