Эффект Ярковского – Окефе – Радзиевского – Паддака. - Yarkovsky–OKeefe–Radzievskii–Paddack effect

Не путать с Эффект 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.

В Эффект Ярковского – О'Кифа – Радзиевского – Пэддака., или же YORP эффект для краткости, изменяет состояние вращения небольшого астрономическое тело - то есть тела скорость вращения и наклонность своего столб (s) - из-за рассеяние из солнечная радиация с его поверхности и выброс собственный тепловое излучение.

Эффект YORP обычно рассматривается для астероиды с их гелиоцентрическая орбита в Солнечная система. Эффект отвечает за создание двоичный и падающие астероиды а также для изменения полюса астероида в сторону 0°, 90 ° или 180 ° относительно плоскость эклиптики и таким образом изменяя его гелиоцентрическую скорость радиального дрейфа из-за Эффект Ярковского.

Срок

Термин был придуман Дэвид П. Рубинкам в 2000 г.[1] чтобы отметить четырех важных участников концепций, лежащих в основе так называемого эффекта YORP. В 19 веке, Иван Ярковский понял, что тепловое излучение вырвавшись из согретого солнцем тела, уносит импульс а также высокая температура. В переводе на современную физику каждый излучает фотон обладает импульсом п = E / c куда E это его энергия и c это скорость света. Владимир Радзиевский применил эту идею к ротации на основе изменения альбедо[2] и Стивен Пэддак понял, 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

В принципе, электромагнитное излучение взаимодействует с поверхностью астероида тремя важными способами: излучение от солнце это (1) поглощен и (2) диффузно отраженный по поверхности тела и внутренней энергии тела (3) испускается в качестве тепловое излучение. С фотоны владеть импульс, каждое из этих взаимодействий приводит к изменению угловой момент тела относительно его центр массы. Если рассматривать только короткий период времени, эти изменения очень малы, но в течение более длительных периодов времени эти изменения могут интегрировать к значительным изменениям момента количества движения тела. Для тел в гелиоцентрическая орбита, соответствующий длительный период времени - это орбитальный период (т. е. год), поскольку большинство астероидов имеют периоды вращения (т.е. дней) короче их орбитального периода. Таким образом, для большинства астероидов эффект YORP представляет собой вековое изменение состояния вращения астероида после усреднения солнечная радиация крутящие моменты сначала за период вращения, а затем за период обращения.

Наблюдения

В 2007 г. было получено прямое наблюдательное подтверждение эффекта YORP на малых астероидах. 54509 YORP (затем обозначил 2000 PH5)[6][7] и 1862 Аполлон.[8] Скорость вращения 54509 YORP удвоится всего за 600000 лет, а эффект YORP также может изменить наклон оси и прецессия скорости, так что весь набор явлений YORP может отправлять астероиды в интересные резонансные спиновые состояния и помогает объяснить существование двойные астероиды.[9]

Наблюдения показывают, что астероиды диаметром более 125 км имеют скорость вращения, соответствующую Максвелловское частотное распределение, в то время как более мелкие астероиды (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 изменять скорость вращения крупных астероидов, поэтому для таких объектов, как 253 Матильда.

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

Примеры

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

Теплово испускаемые фотоны переизлученный однако 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) и поэтому 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 отсутствие вертикальной силы, но сила Fin B имеет меньшую экваториальную составляющую и вертикальную составляющую. Неуравновешенные 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 прецессия. Эффект YORP равен нулю для вращающегося эллипсоид если нет неровностей температуры поверхности или альбедо.

В долгосрочной перспективе изменение объекта наклонность и скорость вращения может изменяться случайным, хаотическим или регулярным образом, в зависимости от нескольких факторов. Например, если предположить солнце остается на своем экватор, астероид 951 Гаспра, радиусом 6 км и большая полуось из 2,21 AU, за 240 млн лет (240 миллионов лет) период вращения изменится с 12 до 6 часов и наоборот. Если 243 Ида были заданы те же значения радиуса и орбиты, что и Гаспра, он будет вращаться вверх или вниз в два раза быстрее, в то время как тело с Фобос форма займет несколько миллиард лет, чтобы изменить его спин на ту же сумму.

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.[нужна цитата ] Согласно модели 2019 года, эффект YORP, вероятно, вызовет «широко распространенную фрагментацию астероидов», когда Солнце превратится в светящийся красный гигант.[12][13]

Это один из механизмов, с помощью которого двойные астероиды могут образовываться, и это может быть более распространенным явлением, чем столкновения и близкие к планетам приливные разрушения, как основные средства образования двойных звезд.

Астероид 2000 PH5 позже был назван 54509 YORP отдать должное его участию в подтверждении этого явления.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Рубинкам, Д. (2000). "Радиационное вращение малых астероидов". Икар. 148 (1): 2–11. Bibcode:2000Icar..148 .... 2R. Дои:10.1006 / icar.2000.6485.
  2. ^ Радзиевский (1954)
  3. ^ Пэддак, С. Дж. (1969-01-01). «Вращательный взрыв малых небесных тел: влияние радиационного давления». Журнал геофизических исследований. 74 (17): 4379–4381. Bibcode:1969JGR .... 74.4379P. Дои:10.1029 / JB074i017p04379. ISSN  0148-0227.
  4. ^ С. Дж. Пэддак, Дж. В. Ри, Geophys. Res. Латыш 2, 365 (1975)
  5. ^ Окифе, Дж. А. (1975-04-01). «Тектиты и их происхождение». Технический отчет NASA STI / Recon N. 75: 23444. Bibcode:1975STIN ... 7523444O.
  6. ^ Lowry, S.C .; Fitzsimmons, A .; Pravec, P .; Вокроухлицкий, Д .; Boehnhardt, H .; Тейлор, П. А .; 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. Дои:10.1126 / science.1139040. ISSN  0036-8075. PMID  17347414.
  7. ^ Тейлор, П. А .; Margot, J.-L .; Вокроухлицкий, Д .; Scheeres, D. J .; Pravec, P .; Lowry, S.C .; Fitzsimmons, A .; Nolan, M.C .; Ostro, S.J .; Беннер, Л. А. М .; Giorgini, J.D .; Магри, К. (2007). «Скорость вращения астероида (54509) 2000 PH5 увеличивается из-за эффекта YORP». Наука. 316 (5822): 274–277. Bibcode:2007Наука ... 316..274Т. Дои: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:2007Натура.446..420K. Дои:10.1038 / природа05614. PMID  17344861.
  9. ^ Rubincam, D. P .; Пэддак, С. Дж. (2007). «Как вращаются крошечные миры». Наука. 316 (5822): 211–212. CiteSeerX  10.1.1.205.5777. Дои:10.1126 / science.1141930. PMID  17431161.
  10. ^ "Хаббл становится свидетелем таинственного распада астероида".
  11. ^ Рубинкам, Д. (2000). "Радиационное вращение малых астероидов". Икар. Elsevier BV. 148 (1): 2–11. Bibcode:2000Icar..148 .... 2R. Дои:10.1006 / icar.2000.6485.
  12. ^ Верас, Дмитрий; 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. Дои:10.1093 / mnras / stz3565.
  13. ^ Тиммер, Джон (18 февраля 2020 г.). «Когда Солнце расширяется, оно уничтожит все астероиды». Ars Technica. Получено 20 февраля 2020.

Рекомендации

дальнейшее чтение

внешняя ссылка