Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из эффекта YORP )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с эффектом Ярковского .
Сферический астероид с двумя клиновидными выступами. Переизлученный свет от плавника «B» имеет ту же величину, что и плавник «A», но не параллелен падающему свету. Это создает крутящий момент на объекте.

Эффект Ярковского-О'Киф-Радзиевский-Paddack , или эффект YORP для краткости, изменяет состояние вращения небольшого астрономического тела - то есть, в организме скорость вращения и наклон его полюса (S) - из - за рассеяния из солнечное излучение от его поверхности и испускание собственного теплового излучения .

Эффект YORP обычно рассматривается для астероидов с их гелиоцентрической орбитой в Солнечной системе . Эффект отвечает за создание двойных и падающих астероидов, а также за изменение полюса астероида в сторону 0 ° , 90 ° или 180 ° относительно плоскости эклиптики и, таким образом, изменение его гелиоцентрической скорости радиального дрейфа из-за эффекта Ярковского .

Срок [ править ]

Этот термин был введен Дэвидом П. Рубинкам в 2000 году [1] в честь четырех важных участников концепций, лежащих в основе так называемого эффекта YORP. В XIX веке Иван Ярковский понял, что тепловое излучение, исходящее от тела, нагретого Солнцем, уносит не только тепло, но и импульс . В современной физике каждый излучаемый фотон обладает импульсом p = E / c, где E - его энергия, а c - скорость света . Владимир Радзиевский применил идею вращения на основе изменения альбедо.[2] и Стивен Пэддак осознали, что форма является гораздо более эффективным средством изменения скорости вращения тела. [3] Стивен Пэддак и Джон О'Киф предположили, что эффект YORP приводит к вращательному взрыву и, неоднократно подвергаясь этому процессу, маленькие асимметричные тела в конечном итоге превращаются в пыль. [4] [5]

Физический механизм [ править ]

В принципе, электромагнитное излучение взаимодействует с поверхностью астероида тремя важными способами: излучение Солнца (1) поглощается и (2) диффузно отражается поверхностью тела, а внутренняя энергия тела (3) излучается в виде теплового излучения. радиация . Поскольку фотоны обладают импульсом , каждое из этих взаимодействий приводит к изменению углового момента тела относительно его центра масс . Если рассматривать только в течение короткого периода времени, эти изменения очень малы, но в течение более длительных периодов времени эти изменения могут объединяться.к значительным изменениям момента количества движения тела. Для тел, находящихся на гелиоцентрической орбите , соответствующий длительный период времени - это период обращения (т. Е. Год), поскольку у большинства астероидов периоды вращения (т. Е. Дни) короче, чем их орбитальные периоды. Таким образом, для большинства астероидов эффект YORP представляет собой вековое изменение состояния вращения астероида после усреднения моментов солнечного излучения сначала за период вращения, а затем за период обращения.

Наблюдения [ править ]

В 2007 году было получено прямое наблюдательное подтверждение эффекта YORP на небольших астероидах 54509 YORP (тогда обозначенных как 2000 PH 5 ) [6] [7] и 1862 Apollo . [8] Скорость вращения 54509 YORP удвоится всего за 600 000 лет, и эффект YORP может также изменить наклон оси и скорость прецессии , так что весь набор явлений YORP может отправить астероиды в интересные резонансные спиновые состояния и помогает объяснить существование двойных астероидов . [9]

Наблюдения показывают, что астероиды диаметром более 125 км имеют скорость вращения, соответствующую максвелловскому распределению частот , в то время как астероиды меньшего размера (в диапазоне размеров от 50 до 125 км) демонстрируют небольшой избыток быстрых ротаторов. Самые маленькие астероиды (размером менее 50 км) демонстрируют явный избыток очень быстрых и медленных ротаторов, и это становится еще более выраженным по мере измерения популяций меньшего размера. Эти результаты предполагают, что один или несколько механизмов, зависящих от размера, уменьшают заселенность центра распределения скорости вращения в пользу крайностей. Эффект YORP - главный кандидат. Сам по себе он не способен существенно изменить скорость вращения крупных астероидов, поэтому для таких объектов, как 253 Mathilde, необходимо искать другое объяснение .

В конце 2013 года наблюдался разрушение астероида P / 2013 R3 , вероятно, из-за высокой скорости вращения из-за эффекта YORP. [10]

Примеры [ править ]

Предположим, что вращающийся сферический астероид имеет два клиновидных ребра, прикрепленных к его экватору, облучаемых параллельными лучами солнечного света. Сила реакции от фотонов, исходящих от любого заданного элемента поверхности сферического ядра, будет перпендикулярна поверхности, так что крутящий момент не создается (все векторы силы проходят через центр масс).

Переизлученные тепловые фотоныОднако со стороны клиньев может возникать крутящий момент, поскольку векторы нормали не проходят через центр масс. Оба ребра имеют одинаковое поперечное сечение для падающего света (они имеют одинаковую высоту и ширину), поэтому они поглощают и отражают одинаковое количество энергии и создают одинаковую силу. Однако из-за того, что поверхности ребер наклонены, нормальные силы переизлученных фотонов не компенсируются. На диаграмме исходящее излучение Fin A создает экваториальную силу, параллельную падающему свету, и не имеет вертикальной силы, но сила Fin B имеет меньшую экваториальную составляющую и вертикальную составляющую. Несбалансированные силы на двух ребрах приводят к крутящему моменту и вращению объекта. Крутящий момент исходящего света не усредняется даже за полный оборот, поэтому вращение со временем ускоряется. [11]

Следовательно, объект с некоторой асимметрией «ветряной мельницы» может подвергаться воздействию незначительных крутящих сил, которые будут стремиться раскручивать его вверх или вниз, а также заставлять его ось вращения прецессировать . Эффект YORP равен нулю для вращающегося эллипсоида, если нет неровностей в температуре поверхности или альбедо .

В долгосрочной перспективе изменение угла наклона и скорости вращения объекта может изменяться беспорядочно, хаотично или регулярно, в зависимости от нескольких факторов. Например, если предположить, что Солнце остается на своем экваторе , астероид 951 Гаспра с радиусом 6 км и большой полуосью 2,21 а.е. , за 240 млн лет (240 миллионов лет) изменится с периода вращения с 12 часов на 6 часов. h и наоборот. Если бы 243 Ида имели те же значения радиуса и орбиты, что и Гаспра, оно бы вращалось вверх или вниз вдвое быстрее, в то время как телу формы Фобоса потребовалось бы несколько миллиардов лет, чтобы изменить свое вращение на такую ​​же величину.

Размер, а также форма влияют на степень эффекта. Более мелкие объекты будут вращаться вверх или вниз намного быстрее. Если бы Гаспра был меньше в 10 раз (до радиуса 500 м), его вращение уменьшилось бы вдвое или вдвое всего за несколько миллионов лет. Точно так же эффект YORP усиливается для объектов, расположенных ближе к Солнцу. При 1 а.е. Гаспра удвоит / уменьшит вдвое скорость вращения всего за 100000 лет. Через миллион лет его период может сократиться до ~ 2 часов, после чего он может начать распадаться. [ необходима цитата ] Согласно модели 2019 года, эффект YORP, вероятно, вызовет «широко распространенную фрагментацию астероидов», поскольку Солнце расширяется до светящегося красного гиганта . [12] [13]

Это один из механизмов, посредством которого могут формироваться двойные астероиды , и он может быть более распространенным, чем столкновения и близкие к планетам приливные разрушения, как основные средства образования двойных звезд.

Позже астероид 2000 PH 5 был назван 54509 YORP в честь его участия в подтверждении этого явления.

См. Также [ править ]

  • 54509 YORP  - Земной коорбитальный астероид, астероид
  • 101955 Бенну  - Второй по опасности астероид, сближающийся с Землей
  • Радиационное давление  - давление, оказываемое на любую поверхность, подверженную электромагнитному излучению.
  • Радиометр
  • Эффект Ярковского

Заметки [ править ]

  1. ^ Rubincam, D (2000). «Радиационное вращение малых астероидов» . Икар . 148 (1): 2–11. Bibcode : 2000Icar..148 .... 2R . DOI : 10.1006 / icar.2000.6485 .
  2. ↑ Радзиевский (1954)
  3. ^ Paddack, SJ (1969-01-01). «Вращательный взрыв малых небесных тел: влияние 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. Res. Письма 2 , 365 (1975)
  5. ^ Okeefe, JA (1975-04-01). «Тектиты и их происхождение». NASA STI / Recon Технический отчет N . 75 : 23444. Bibcode : 1975STIN ... 7523444O .
  6. ^ Лоури, Южная Каролина; Fitzsimmons, A .; Pravec, P .; Vokrouhlicky, D .; Boehnhardt, H .; Тейлор, Пенсильвания; Margot, J.-L .; Галад, А .; Irwin, M .; Irwin, J .; Куснирак, П. (2007). «Прямое обнаружение астероидного эффекта YORP» (PDF) . Наука . 316 (5822): 272–274. Bibcode : 2007Sci ... 316..272L . DOI : 10.1126 / science.1139040 . ISSN 0036-8075 . PMID 17347414 .   
  7. ^ Тейлор, Пенсильвания; Margot, J.-L .; Vokrouhlicky, D .; Ширес, диджей; Pravec, P .; Лоури, Южная Каролина; Fitzsimmons, A .; Нолан, MC; Ostro, SJ; Беннер, ЛАМ; Джорджини, JD; Магри, К. (2007). «Скорость вращения 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 .  
  8. ^ Каасалайнен, Микко; Urech, Josef; Уорнер, Брайан Д .; Круглый, Юрий Н .; Гафтонюк, Нинель М. (2007). «Ускорение вращения астероида 1862 Аполлон радиационными моментами». Природа . 446 (7134): 420–422. Bibcode : 2007Natur.446..420K . DOI : 10,1038 / природа05614 . PMID 17344861 . 
  9. ^ Рубинкам, Д.П .; Паддак, SJ (2007). «Как вращаются крошечные миры». Наука . 316 (5822): 211–212. CiteSeerX 10.1.1.205.5777 . DOI : 10.1126 / science.1141930 . PMID 17431161 .  
  10. ^ "Хаббл становится свидетелем таинственного распада астероида" .
  11. ^ Rubincam, D (2000). «Радиационное вращение малых астероидов» . Икар . Elsevier BV. 148 (1): 2–11. Bibcode : 2000Icar..148 .... 2R . DOI : 10.1006 / icar.2000.6485 .
  12. ^ Верас, Димитрий; Ширес, Дэниел Дж (февраль 2020 г.). «Обломки после главной последовательности от разрушения малых тел YORP, вызванного вращением - II. Множественные деления, внутренняя сила и двойное образование» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 492 (2): 2437–2445. DOI : 10.1093 / MNRAS / stz3565 .
  13. ^ Timmer, Джон (18 февраля 2020). «Когда Солнце расширяется, оно уничтожит все астероиды» . Ars Technica . Проверено 20 февраля 2020 года .

Ссылки [ править ]

  • О'Киф, Джон А. (1976). Тектиты и их происхождение . Эльзевир.
  • Пэддак, Стивен Дж (1969). «Вращательный взрыв малых небесных тел: влияние радиационного давления». J. Geophys. Res . 74 (17): 4379–4381. Bibcode : 1969JGR .... 74.4379P . DOI : 10,1029 / jb074i017p04379 .
  • Радзиевский, В.В. (1954). «Механизм распада астероидов и метеоритов». Доклады Академии Наук СССР . 97 : 49–52.
  • Рубинкам, Дэвид П. (2000). «Радиационное вращение вверх и вниз малых астероидов» . Икар . 148 : 2–11. Bibcode : 2000Icar..148 .... 2R . DOI : 10.1006 / icar.2000.6485 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Стэтлер, Томас С. (05.03.2009). «Чрезвычайная чувствительность эффекта YORP к мелкомасштабной топографии». Икар . 202 (2): 502–513. arXiv : 0903.1119 . Bibcode : 2009Icar..202..502S . DOI : 10.1016 / j.icarus.2009.03.003 .
  • Vokrouhlicky, Дэвид; Боттке, Уильям Ф. (2012). «Эффекты Ярковского и ЙОРП». Scholarpedia . 7 (5): 10599. arXiv : 1502.01249 . Bibcode : 2012SchpJ ... 710599B . DOI : 10,4249 / scholarpedia.10599 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Клотц, Ирэн (2007-03-07). «Вращение астероида изменено солнечным светом» . Discovery Communications, LLC. Архивировано из оригинала на 2008-04-26.
  • Сообщается об открытии вращения астероида