Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эффект Ярковского:
1. Излучение от поверхности астероида
2. Продвинуть вращающийся астероид
2.1 Местоположение с помощью «Полдня»
3. Орбита астероида
4. Излучение от Солнца
Не путать с эффектом Ярковского – О'Кифа – Радзиевского – Паддака .

Эффект Ярковского - это сила, действующая на вращающееся тело в пространстве, вызванная анизотропным излучением тепловых фотонов , переносящих импульс . Обычно его рассматривают в отношении метеороидов или небольших астероидов (от 10 см до 10 км в диаметре), так как его влияние наиболее существенно для этих тел.

История открытия [ править ]

Эффект был обнаружен польско- российским [1] инженером-строителем Иваном Осиповичем Ярковским (1844–1902), который в свободное время работал в России над научными проблемами. В своей брошюре около 1900 года Ярковский отмечал, что ежедневное нагревание вращающегося объекта в космосе заставит его испытать силу, которая, хотя и крошечная, может привести к большим долгосрочным эффектам на орбитах малых тел, особенно метеороидов. и небольшие астероиды . Проницательность Ярковского была бы забыта, если бы не эстонский астроном Эрнст Й. Опик.(1893–1985), который читал брошюру Ярковского примерно в 1909 году. Десятилетия спустя Эпик, вспоминая брошюру, обсуждал возможное значение эффекта Ярковского для движения метеороидов в Солнечной системе . [2]

Механизм [ править ]

Эффект Ярковского является следствием того, что изменение температуры обогреваемого радиацией объекта (а значит, и интенсивности теплового излучения от объекта) отстает от изменений приходящей радиации. То есть поверхности объекта требуется время, чтобы нагреться при первом освещении, и требуется время, чтобы остыть, когда освещение прекращается. В общем, есть два компонента:

  • Дневной эффект: на вращающемся теле, освещенном Солнцем (например, астероид или Земля), поверхность нагревается солнечным излучением днем ​​и охлаждается ночью. Из-за тепловых свойств поверхности существует задержка между поглощением солнечного излучения и испусканием того же излучения, что и тепло, поэтому самая теплая точка на вращающемся теле находится вокруг точки «2 часа дня» на поверхности. поверхность, или чуть позже полудня. Это приводит к различию между направлениями поглощения и повторного испускания излучения, что дает результирующую силу вдоль направления движения орбиты. Если объект является прямым вращателем, сила в направлении движения орбиты и вызывает большую полуосьорбиты неуклонно увеличиваться; объект по спирали удаляется от Солнца. Ретроградной ротатор спирали внутрь. Суточный эффект является доминирующим компонентом для тел диаметром более 100 м. [3]
  • Сезонный эффект: это легче всего понять для идеализированного случая невращающегося тела, вращающегося вокруг Солнца, для которого каждый «год» состоит ровно из одного «дня». Когда он движется по своей орбите, «сумеречное» полушарие, которое нагревается в течение длительного предшествующего периода времени, неизменно находится в направлении орбитального движения. Избыток теплового излучения в этом направлении вызывает тормозную силу, которая всегда вызывает спиралевидное движение 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 остыть на ночной стороне, следовательно, продольная почти равномернаяраспределение температуры), небольшие размеры (все тело нагревается на всем протяжении) или осевой наклон, близкий к 90 °. Сезонный эффект более важен для небольших фрагментов астероидов (от нескольких метров до примерно 100 м), при условии, что их поверхность не покрыта изолирующим слоем реголита и они не имеют чрезвычайно медленного вращения. Кроме того, в очень длительных временных масштабах, в течение которых ось вращения тела может многократно изменяться из-за столкновений (и, следовательно, также изменяется направление суточного эффекта), сезонный эффект также будет иметь тенденцию преобладать. [3]

В общем, эффект зависит от размера и затронет большую полуось меньших астероидов, в то время как большие астероиды практически не затронуты. Для астероидов километрового размера эффект Ярковского незначителен в короткие периоды: сила на астероиде 6489 Голевка оценивается примерно в 0,25 ньютона при чистом ускорении 10 -12  м / с 2 . Но это устойчиво; за миллионы лет орбита астероида может быть достаточно возмущена, чтобы переместить его из пояса астероидов во внутренние области Солнечной системы.

Механизм более сложен для тел, находящихся на сильно эксцентричных орбитах.

Измерение [ править ]

Впервые эффект был измерен в 1991–2003 годах на астероиде 6489 Голевка . Астероид дрейфовал на 15 км от своего предсказанного положения за двенадцать лет (орбита была установлена ​​с большой точностью серией радиолокационных наблюдений в 1991, 1995 и 1999 годах с радиотелескопа Аресибо ). [4]

Без прямых измерений очень сложно предсказать точный результат эффекта Ярковского на орбите данного астероида. Это связано с тем, что величина эффекта зависит от многих переменных, которые трудно определить из ограниченной доступной информации наблюдений. К ним относятся точная форма астероида, его ориентация и альбедо . Расчеты дополнительно усложняются эффектами затенения и теплового «повторного освещения», вызванными либо локальными кратерами, либо возможной общей вогнутой формой. Эффект Ярковского также конкурирует с радиационным давлением , суммарный эффект которого может вызывать аналогичные небольшие долговременные силы для тел с вариациями альбедо или несферической формы.

Например, даже для простого случая чисто сезонного эффекта Ярковского на сферическом теле, движущемся по круговой орбите с наклоном 90 ° , изменения большой полуоси могут отличаться в два раза в случае равномерного альбедо. и случай сильной асимметрии альбедо север / юг. В зависимости от орбиты и оси вращения объекта изменение большой полуоси по Ярковскому может быть отменено простым изменением формы от сферической к несферической.

Несмотря на эти трудности, использование эффекта Ярковского является одним из исследуемых сценариев изменения курса потенциально сближающихся с Землей астероидов . Возможные стратегии отклонения астероида включают в себя «рисование» поверхности астероида или фокусировку солнечного излучения на астероид, чтобы изменить интенсивность эффекта Ярковского и таким образом изменить орбиту астероида от столкновения с Землей. [5] Миссия OSIRIS-REx , запущенная в сентябре 2016 года, изучает эффект Ярковского на астероиде Бенну . [6]

В 2020 году астрономы подтвердили на основе новых наблюдений ускорение Ярковского астероида Апофис , имеющее отношение к предотвращению столкновения с астероидом, поскольку считается, что астероид имеет очень небольшую вероятность столкновения с Землей в 2068 году. [7] [8]

См. Также [ править ]

  • Астероид
  • Эффект Пойнтинга – Робертсона
  • Радиационное давление
  • YORP эффект

Ссылки [ править ]

  1. ^ Бикман, Джордж (2005). «Почти забытый ученый Иоанн Осипович Ярковский» . Журнал Британской астрономической ассоциации . 115 (4): 207. Bibcode : 2005JBAA..115..207B .
  2. ^ Öpik, EJ (1951). «Вероятности столкновения с планетами и распределение межпланетной материи». Труды Ирландской королевской академии . 54A : 165–199. JSTOR 20488532 . 
  3. ^ a b Боттке младший, Уильям Ф .; и другие. (2006). «Эффекты Ярковского и ЙОРП: значение для динамики астероидов». Анну. Преподобный "Планета Земля". Sci. 34 : 157–191. Bibcode : 2006AREPS..34..157B . DOI : 10.1146 / annurev.earth.34.031405.125154 .
  4. ^ Чесли, Стивен Р .; и другие. (2003). «Прямое обнаружение эффекта Ярковского с помощью радиолокационного обнаружения астероида 6489 Голевка». Наука . 302 (5651): 1739–1742. Bibcode : 2003Sci ... 302.1739C . DOI : 10.1126 / science.1091452 . PMID 14657492 . S2CID 21091302 .  
  5. ^ http://tamutimes.tamu.edu/2013/02/21/asteroids-no-match-for-paint-gun-says-prof/
  6. ^ OSIRIS-REx - Вопросы и ответы
  7. ^ "Печально известный астероид Апофис ускоряется | EarthSky.org" . earthsky.org . Дата обращения 10 ноября 2020 .
  8. ^ Tholen, D .; Фарноккиа, Д. (1 октября 2020 г.). "Обнаружение Ярковского ускорения (99942) Апофиса" . AAS / Division for Planetary Sciences Meeting Abstracts . 52 (6): 214.06. Bibcode : 2020DPS .... 5221406T . Дата обращения 10 ноября 2020 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Ньюджент, CR; Марго, JL; Чесли, SR; Вокроухлицкий Д. (2012). "Обнаружение дрейфа большой полуоси в 54 астероидах, сближающихся с Землей: новые измерения эффекта Ярковского". Астрономический журнал . 144 (2): 60. arXiv : 1204.5990 . Bibcode : 2012AJ .... 144 ... 60N . DOI : 10.1088 / 0004-6256 / 144/2/60 . S2CID  26376355 .
  • Астероид, подталкиваемый солнечным светом: наиболее точное измерение эффекта Ярковского - ( ScienceDaily 2012-05-24)