Yorp эффект

Ярковский эффект Ярковского - О'Киф -Радцаевский -паддак или эффект Yorp для краткости изменяет состояние вращения небольшого астрономического тела тела , то есть скорость вращения и наклонность его полюса (ы) - из рассеяния -за Солнечное излучение от его поверхности и излучение собственного термического излучения .

Эффект YORP обычно рассматривается для астероидов с их гелиоцентрической орбитой в солнечной системе . Эффект отвечает за создание бинарных и падающих астероидов , а также за изменение полюса астероида в направлении 0 ° , 90 ° или 180 ° относительно плоскости эклиптики и, таким образом, модифицируя его гелиоцентрический радиальный дрейф из -за эффекта Ярковского .

Срок

Термин был придуман Дэвидом П. Рубинкамом в 2000 году ^{[ 1 ]} Чтобы почтить четыре важных автора концепций, лежащих в основе так называемого эффекта YORP. В 19 веке Иван Ярковский понял, что термическое излучение , выходящее из тела, нагретого солнцем, несет импульс , а также тепло . Переведенный в современную физику, каждый излучаемый фотон обладает импульсом P = E/C, где E - его энергия , а C - скорость света . Владимир Радзеевский применил идею к вращению на основе изменений в альбедо ^{[ 2 ]} И Стивен Паддак понял, что форма была гораздо более эффективным средством изменения скорости вращения тела. ^{[ 3 ]} Стивен Паддак и Джон О'Киф предположили, что эффект YORP приводит к разрыву вращения, и путем неоднократного прохождения этого процесса небольшие асимметричные тела в конечном итоге уменьшаются до пыли. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

Физический механизм

В принципе, электромагнитное излучение взаимодействует с поверхностью астероида тремя значимыми способами: излучение от солнца (1) поглощается и (2) диффузивно отражается поверхностью тела, а внутренняя энергия тела (3) испускается как термическая излучение . Поскольку фотоны обладают импульсом , каждое из этих взаимодействий приводит к изменениям углового импульса тела относительно его центра масс . Если рассматриваться только в течение короткого периода времени, эти изменения очень малы, но в течение более длительных периодов времени, эти изменения могут интегрироваться в значительные изменения в угловом импульсе организма. Для тел на гелиоцентрической орбите соответствующим длительным периодом времени является орбитальный период (т.е. год), поскольку большинство астероидов имеют периоды вращения (то есть дни) короче, чем их орбитальные периоды. Таким образом, для большинства астероидов эффект YORP является светским изменением состояния вращения астероида после усреднения моментов солнечного излучения в течение сначала периода вращения, а затем в орбитальном периоде.

Наблюдения

В 2007 году было дано прямое наблюдение за эффектом YORP на небольших астероидах 54509 YORP (затем обозначенный 2000 pH 5 ) ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]} и 1862 Аполлон . ^{[ 8 ]} Скорость вращения 54509 YORP удвоится всего за 600 000 лет, а эффект YORP также может изменить осевой наклон и скорость прецессии , так что весь набор явлений yorp может отправлять астероиды в интересные резонансные спиновые состояния и помогает объяснить существование бинарные астероиды . ^{[ 9 ]}

Наблюдения показывают, что астероиды более 125 км в диаметре имеют скорости вращения, которые следуют максвелловому распределению частот , в то время как меньшие астероиды (в диапазоне размеров от 50 до 125 км) показывают небольшой избыток быстрых ротаторов. Наименьшие астероиды (размер менее 50 км) демонстрируют четкий избыток очень быстрых и медленных ротаторов, и это становится еще более выраженным, когда измеряются популяции меньшего размера. Эти результаты показывают, что один или несколько механизмов, зависящих от размера, депопулируют центр распределения скорости вращения в пользу крайностей. Эффект YORP является главным кандидатом. Он сам по себе не способен значительно изменить скорости вращения больших астероидов, поэтому следует искать другое объяснение для таких объектов, как 253 Матильда .

В конце 2013 года Asteroid P/2013 R3 наблюдался разлом, вероятно, из -за высокой скорости вращения от эффекта YORP. ^{[ 10 ]}

Примеры

Предположим, что вращающийся сферический астероид имеет два плавника в форме клина, прикрепленные к его экватору, облученные параллельными лучами солнечного света. Сила реакции от фотонов, отходящих от любого данного поверхностного элемента сферического ядра, будет нормальной для поверхности, так что не производится крутящий момент (все силовые векторы проходят через центр масс).

Тем не менее , термически излученные фотоны, перечитываемые со стороны клиньев, могут создавать крутящий момент, поскольку нормальные векторы не проходят через центр масс. Оба плавника представляют одинаковое поперечное сечение к входящему свету (они имеют одинаковую высоту и ширину), и, таким образом, поглощают и отражают одинаковое количество энергии каждый и придают равную силу. Однако из -за наклонных поверхностей плавника нормальные силы от рерадированных фотонов не отменяются. На диаграмме исходящее излучение FIN A приводит к экваториальной силе, параллельной входящему свету и без вертикальной силы, но сила Fin B имеет меньший экваториальный компонент и вертикальный компонент. Несбалансированные силы на двух плавниках приводят к крутящему моменту, а объект вращается. Крутящий момент от исходящего света не в среднем, даже за полным вращением, поэтому вращение ускоряется с течением времени. ^{[ 11 ]}

Поэтому объект с некоторой асимметрией «ветряной мельницы» может быть подвергнут незначительному крутящему моменту, которые будут иметь тенденцию вращать его вверх или вниз, а также делать его ось предварительного приема вращения . Эффект YORP равна нулю для вращающегося эллипсоида , если нет нарушений в температуре поверхности или альбедо .

и скорость вращения объекта В долгосрочной перспективе изменяющаяся наклонность могут случайно блуждать случайным образом, хаотично или регулярно, в зависимости от нескольких факторов. Например, предполагая, что солнце остается на своем экваторе , астероид 951 Gaspra , с радиусом 6 км и полуотгорной осью 2,21 AU , за 240 млн. Лет (240 миллионов лет) перейдет от периода ротации 12 часов до 6 H и наоборот. Если бы 243 IDA получили те же значения радиуса и орбиты, что и GASPRA, он вращался бы в два раза быстрее, в то время как тело с формой фобоса займет несколько миллиардов лет, чтобы изменить свое вращение на одинаковое количество.

Размер, а также форма влияет на количество эффекта. Меньшие предметы будут вращаться или вниз гораздо быстрее. Если бы Gaspra была меньше в 10 -м (до радиуса 500 м), его спин будет вдвое или удвоится всего за несколько миллионов лет. Точно так же эффект YORP усиливается для объектов ближе к солнцу. В 1 а.е. Gaspra удваивает/вдвое снизит свою скорость спина всего за 100 000 лет. Через миллион лет его период может сократиться до ~ 2 часа, после чего он может начать распадаться. ^{[ Цитация необходима ]} Согласно модели 2019 года, эффект YORP, вероятно, вызовет «широко распространенную фрагментацию астероидов», поскольку солнце расширяется в светящегося красного гиганта и может объяснить пылевые диски и очевидное волнующее вещество, наблюдаемое во многих белых карликах . ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]}

Это один из механизмов, посредством которого могут образовываться бинарные астероиды , и он может быть более распространенным, чем столкновения и приливные нарушения планеты, а также основное средство бинарного образования.

Астероид 2000 PH ₅ был позже назван 54509 Yorp, чтобы почтить его роль в подтверждении этого явления.

Смотрите также

101955 Бенну - углеродный астероид
25143 Itokawa - самые дорогие астероиды, которые посещают космический корабль
54509 Yorp -коорбитальный астероид Земли
Давление радиации - давление оказывается на любую поверхность, подвергающуюся воздействию электромагнитного излучения
Радиометр - устройство для измерения потока излучения (мощность) электромагнитного излучения
Эффект Ярковского - сила, действующая на вращающееся тело в космосе

Цитаты

^ Рубинкам, Д. (2000). «Радиативное вращение и раскрытие маленьких астероидов» . ИКАРС . 148 (1): 2–11. Bibcode : 2000car.148 .... 2r . doi : 10.1006/icar.2000.6485 . Архивировано из оригинала 2020-02-26 . Получено 2019-12-11 .
^ Radzievskiii (1954)
^ Paddack, SJ (1969-01-01). «Вращательное разрывание мелких небесных тел: эффекты радиационного давления». Журнал геофизических исследований . 74 (17): 4379–4381. Bibcode : 1969jgr .... 74.4379p . doi : 10.1029/jb074i017p04379 . ISSN 0148-0227 .
^ SJ Paddack, JW Rhee, Geophys. Резерв Lett 2 , 365 (1975)
^ Okeefe, JA (1975-04-01). «Тектитс и их происхождение». NASA STI/Recon Technical Report n . 75 : 23444. Bibcode : 1975stin ... 7523444o .
^ Лоури, Южная Каролина; Fitzsimmons, A.; Pravec, P.; Vokrouhlicky, D.; Boehnhardt, H.; Тейлор, Пенсильвания; Margot, J.-L.; Звонок, а.; Ирвин, М.; Ирвин, Дж.; Я брить, с. «Прямое обнаружение эффекта астероидального yorp» (PDF ) Наука 316 (5822): 272–2 Bibcode : 2007sci ... 316..272L Doi : 10.1126/ science.113 ISSN 0036-8 PMID 17347414 . S2CID 26687221 Архивированный (PDF) из оригинала 2019-09-2 Получено 2019-09-2
^ Тейлор, Пенсильвания; Margot, J.-L.; Vokrouhlicky, D.; Scheeres, DJ; Pravec, P.; Лоури, Южная Каролина; Fitzsimmons, A.; Нолан, MC; Остро, SJ; Беннер, Лэм; Giorgini, JD; Магри, С. (2007). «Скорость спина астероида (54509) 2000 PH5 увеличивается из -за эффекта YORP» . Наука . 316 (5822): 274–277. Bibcode : 2007sci ... 316..274t . doi : 10.1126/science.1139038 . ISSN 0036-8075 . PMID 17347415 . S2CID 29191700 .
^ Каасалайнен, Микко; Ďurech, Josef; Уорнер, Брайан Д.; Крюгли, Юрий Н .; Gaftonyuk, Ninel M. (2007). «Ускорение вращения астероида 1862 Аполлона путем излучения крутящими моментами». Природа . 446 (7134): 420–422. Bibcode : 2007natur.446..420K . doi : 10.1038/nature05614 . PMID 17344861 . S2CID 4420270 .
^ Рубинкам, DP; Paddack, SJ (2007). «Как поворачиваются крошечные миры». Наука . 316 (5822): 211–212. Citeseerx 10.1.1.205.5777 . doi : 10.1126/science.1141930 . PMID 17431161 . S2CID 118802966 .
^ «Хаббл свидетельствует о астероиде загадочно распадается» . Архивировано из оригинала 2014-03-12 . Получено 2014-03-06 .
^ Рубинкам, Д. (2000). «Радиативное вращение и раскрытие маленьких астероидов» . ИКАРС . 148 (1). Elsevier BV: 2–11. Bibcode : 2000car.148 .... 2r . doi : 10.1006/icar.2000.6485 . Архивировано из оригинала 2020-02-26 . Получено 2019-12-11 .
^ Верас, Дмитрия; Scheeres, Daniel J (февраль 2020 г.). «Обломки после маниа-последовательности из-за разрыва малых тел, вызванного вращением,-II. Множественные блюда, внутренние силы и бинарное производство» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 492 (2): 2437–2445. Arxiv : 2001.00949 . doi : 10.1093/mnras/stz3565 .
^ Тиммер, Джон (18 февраля 2020 года). «Когда солнце расширяется, оно разведет все астероиды» . Ars Technica . Архивировано из оригинала 20 февраля 2020 года . Получено 20 февраля 2020 года .

Общие и цитируемые ссылки

О'Киф, Джон А. (1976). Тектитс и их происхождение . Elsevier. Проект рукописи/отчет .
Паддак, Стивен Дж. (1969). «Вращательное разрывание мелких небесных тел: эффекты радиационного давления». J. Geophys. Резерв 74 (17): 4379–4381. Bibcode : 1969jgr .... 74.4379p . doi : 10.1029/jb074i017p04379 .
Radzievskii, V. V. (1954). "A mechanism for the disintegration of asteroids and meteorites". Doklady Akademii Nauk SSSR . 97 : 49–52.
Рубинкам, Дэвид П. (2000). «Радиативное вращение и раскрытие маленьких астероидов» . ИКАРС . 148 (1): 2–11. Bibcode : 2000car.148 .... 2r . doi : 10.1006/icar.2000.6485 .

Дальнейшее чтение

Statler, Thomas S. (2009-03-05). «Экстремальная чувствительность эффекта YORP к мелкомасштабной топографии». ИКАРС . 202 (2): 502–513. Arxiv : 0903.1119 . Bibcode : 2009icar..202..502s . doi : 10.1016/j.icarus.2009.03.003 . S2CID 18935544 .
Вокрауликли, Дэвид; Баттке, Уильям Ф. (2012). «Эффекты Ярковского и Йорпа» . Scholaredia . 7 (5): 10599. Arxiv : 1502.01249 . Bibcode : 2012schpj ... 710599b . doi : 10.2458/azu_uapress_9780816532131-ch027 .

Внешние ссылки

Клоц, Ирен (2007-03-07). «Спин астероидов изменился солнечным светом» . Discovery Communications, LLC. Архивировано из оригинала 2008-04-26.
Обнаружение ротации астероидов сообщило

[1] Рубинкам, Д. (2000). «Радиативное вращение и раскрытие маленьких астероидов» . ИКАРС . 148 (1): 2–11. Bibcode : 2000car.148 .... 2r . doi : 10.1006/icar.2000.6485 . Архивировано из оригинала 2020-02-26 . Получено 2019-12-11 .

[2] Radzievskiii (1954)

[3] Paddack, SJ (1969-01-01). «Вращательное разрывание мелких небесных тел: эффекты радиационного давления». Журнал геофизических исследований . 74 (17): 4379–4381. Bibcode : 1969jgr .... 74.4379p . doi : 10.1029/jb074i017p04379 . ISSN 0148-0227 .

[4] SJ Paddack, JW Rhee, Geophys. Резерв Lett 2 , 365 (1975)

[5] Okeefe, JA (1975-04-01). «Тектитс и их происхождение». NASA STI/Recon Technical Report n . 75 : 23444. Bibcode : 1975stin ... 7523444o .

[LowryFitzsimmons2007-6] Лоури, Южная Каролина; Fitzsimmons, A.; Pravec, P.; Vokrouhlicky, D.; Boehnhardt, H.; Тейлор, Пенсильвания; Margot, J.-L.; Звонок, а.; Ирвин, М.; Ирвин, Дж.; Я брить, с. «Прямое обнаружение эффекта астероидального yorp» (PDF ) Наука 316 (5822): 272–2 Bibcode : 2007sci ... 316..272L Doi : 10.1126/ science.113 ISSN 0036-8 PMID 17347414 . S2CID 26687221 Архивированный (PDF) из оригинала 2019-09-2 Получено 2019-09-2

[TaylorMargot2007-7] Тейлор, Пенсильвания; Margot, J.-L.; Vokrouhlicky, D.; Scheeres, DJ; Pravec, P.; Лоури, Южная Каролина; Fitzsimmons, A.; Нолан, MC; Остро, SJ; Беннер, Лэм; Giorgini, JD; Магри, С. (2007). «Скорость спина астероида (54509) 2000 PH5 увеличивается из -за эффекта YORP» . Наука . 316 (5822): 274–277. Bibcode : 2007sci ... 316..274t . doi : 10.1126/science.1139038 . ISSN 0036-8075 . PMID 17347415 . S2CID 29191700 .

[8] Каасалайнен, Микко; Ďurech, Josef; Уорнер, Брайан Д.; Крюгли, Юрий Н .; Gaftonyuk, Ninel M. (2007). «Ускорение вращения астероида 1862 Аполлона путем излучения крутящими моментами». Природа . 446 (7134): 420–422. Bibcode : 2007natur.446..420K . doi : 10.1038/nature05614 . PMID 17344861 . S2CID 4420270 .

[9] Рубинкам, DP; Paddack, SJ (2007). «Как поворачиваются крошечные миры». Наука . 316 (5822): 211–212. Citeseerx 10.1.1.205.5777 . doi : 10.1126/science.1141930 . PMID 17431161 . S2CID 118802966 .

[10] «Хаббл свидетельствует о астероиде загадочно распадается» . Архивировано из оригинала 2014-03-12 . Получено 2014-03-06 .

[Rubincam_2000_pp._2–11-11] Рубинкам, Д. (2000). «Радиативное вращение и раскрытие маленьких астероидов» . ИКАРС . 148 (1). Elsevier BV: 2–11. Bibcode : 2000car.148 .... 2r . doi : 10.1006/icar.2000.6485 . Архивировано из оригинала 2020-02-26 . Получено 2019-12-11 .

[12] Верас, Дмитрия; Scheeres, Daniel J (февраль 2020 г.). «Обломки после маниа-последовательности из-за разрыва малых тел, вызванного вращением,-II. Множественные блюда, внутренние силы и бинарное производство» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 492 (2): 2437–2445. Arxiv : 2001.00949 . doi : 10.1093/mnras/stz3565 .

[13] Тиммер, Джон (18 февраля 2020 года). «Когда солнце расширяется, оно разведет все астероиды» . Ars Technica . Архивировано из оригинала 20 февраля 2020 года . Получено 20 февраля 2020 года .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]