Эффект Ярковского—О'Кифа—Радзиевского—Пэддэка (сокр. ЯОРП-эффект или YORP-эффект) — это явление изменения скорости вращения небольших астероидов неправильной формы под действием солнечного света. YORP-эффект является одним из проявлений эффекта Ярковского, его более широкой вариацией, учитывающей дополнительные факторы, влияющие на тело в космическом пространстве.

Принцип действия

Он заключается в неравномерном нагреве Солнцем поверхности вращающихся небесных тел. Из-за вращения астероида вечерняя сторона его поверхности является наиболее нагретой, поскольку она весь день находилась в зоне действия солнечного излучения и накопила максимум солнечной энергии, в то время как утренняя сторона является наиболее холодной, поскольку она всю ночь излучала полученное ранее от Солнца тепло. Таким образом тепловое излучение с вечерней стороны астероида намного сильнее, чем с утренней. Это приводит к тому, что с вечерней стороны астероида начинает действовать реактивная сила, возникающая при излучении фотонов с поверхности астероида, которая практически не сбалансирована с утренней стороны астероида, поскольку там поверхность уже успела остыть за ночь. На сферические тела эта сила не оказывает практически никакого влияния, поскольку возникающий реактивный импульс направлен перпендикулярно к поверхности астероида, которая перпендикулярна к радиусу, то есть в случае с телом сферической формы она направлена в центр масс астероида, что может слегка сместить орбиту тела (эффект Ярковского), но не изменит скорость его вращения. В астероиде неправильной формы, возникающий импульс также всегда направлен перпендикулярно поверхности, но далеко не всегда к центру масс астероида, а зачастую по касательной к нему, что приводит к возникновению кругового момента который вызывает появление небольшого углового ускорения, что, в свою очередь, приводит к увеличению или изменению скорости вращения астероида, в зависимости от изначального направления его вращения.

Наибольшее влияние на степень действия эффекта имеют форма и размеры астероида. Как уже говорилось выше, он может оказывать влияние только на тело неправильной формы, при этом оно должно быть не слишком массивным. Заметное влияние YORP-эффект может оказать только на небольшие тела диаметром несколько километров, поскольку крупные астероиды имеют большой момент инерции и их раскрутить значительно сложнее, к тому же они чаще имеют форму, близкую к сферической. При этом надо иметь в виду, что на астероиды, по форме близкие к эллипсоидам вращения, у которых радиус в плоскости вращения везде примерно одинаков, YORP-эффект тоже влияния не оказывает, если распределение альбедо поверхности более или менее равномерно.

• Пример: Так, чтобы увеличить скорость вращения астероида (951) Гаспра в два раза при его радиусе в 6 км и орбиты с большой полуосью 2,21 а. е., потребуется около 240 млн лет, в то время как для астероида (243) Ида, если его поместить на место Гаспры, это время было бы в два раза меньше из-за более вытянутой формы этого астероида. С другой стороны, если Гаспру уменьшить в размере в 10 раз, то его скорость вращения изменится вдвое всего за несколько миллионов лет, в то время как для спутника Марса Фобоса оно наоборот составило бы аж несколько миллиардов лет.

Кроме того, степень влияния эффекта напрямую зависит от расстояния до Солнца: чем ближе к нему астероид, тем сильнее нагревается его поверхность, тем больше реактивный импульс, создаваемый вечерней стороной астероида, и тем сильнее влияние эффекта.

• Пример: Так, если астероид (951) Гаспра приблизить к Солнцу всего на 1 а. е., его скорость вращения изменится вдвое всего за 100 000 лет.

Помимо изменения скорости YORP-эффект также может вызывать изменение наклона и процессию оси вращения астероида, причём эти процессы могут происходить как регулярно, так и хаотично в зависимости от различных факторов.

YORP-эффект может являться одним из механизмов образования небольших тесных двойных систем астероидов, который может быть ещё более распространён, чем столкновения, приливные нарушения или гравитационный захват.

История

Этот термин впервые был предложен американским геофизиком доктором David Perry Rubincam (англ.) в 2000 году^[1] и является аббревиатурой первых букв фамилий учёных, внёсших наибольший вклад в открытие и изучение данного явления. Среди них первое место по праву занимает русский учёный XIX века Иван Осипович Ярковский, который предположил, что тепловое излучение поверхности астероида, выделяемое им с ночной стороны, создаёт слабый реактивный импульс, что может привести к дополнительному ускорению астероида. В трактовке современной квантовой физики каждый фотон, испускаемый нагретой поверхностью астероида, придаёт ему импульс равный , где  — энергия фотона, а  — скорость света^[2]. Эта гипотеза, известная как эффект Ярковского была впервые подтверждена на примере астероида (6489) Голевка, путём наблюдения за изменением его орбиты в течение более чем 10 лет.

Позднее уже в XX веке другой русский учёный советский астрофизик Владимир Вячеславович Радзиевский предположил, что интенсивность теплового излучения зависит от альбедо поверхности астероида^[3], а американские учёные Paddack и O’Keefe показали, что ещё большее влияние на изменение угловой скорости оказывает форма астероида. В итоге учёные пришли к выводу, что именно YORP-эффект является причиной наблюдаемого избытка быстровращающихся объектов среди небольших асимметричных астероидов, приводящего к их разрыву центробежными силами^[4][5] .

Наблюдения

В 2007 году по результатам радиолокационных наблюдений астероидов (1862) Аполлон^[6] и (54509) YORP^[7][8] YORP-эффект получил прямое подтверждение, причём в случае с последним астероидом влияние YORP-эффекта оказалось столь велико, что впоследствии ему в качестве имени было присвоено название данного явления^[9]. Так по расчётам скорость вращения астероида (54509) YORP должна удвоиться всего за 600 000 лет, а через 35 млн лет его период обращения и вовсе составит всего 20 секунд, что в дальнейшем может привести к разрыву астероида центробежными силами. На сегодняшний день угловое ускорение данного астероида составляет 2,9 (± 0,2) • 10^-4 °/сек^2[10]. Кроме того влияние YORP-эффекта может привести к изменению наклона и прецессии оси вращения.

Наблюдения показывают, что для астероидов диаметром более 125 км кривая распределения скоростей вращения соответствует распределению Максвелла, в то время как для небольших тел диаметром от 50 до 125 км наблюдается некоторое увеличение быстро вращающихся (медленно вращающихся) объектов, а для мелких астероидов менее 50 км в диаметре и вовсе характерно большое количество астероидов с очень большими или очень малыми скоростями вращения вокруг своей оси. По сути происходит смещение областей плотности астероидов к краям распределения по мере уменьшения размеров астероидов. YORP-эффект является главным механизмом подобного смещения. Он также объясняет относительно небольшое количество небольших астероидов асимметричной формы^[4], а также существование небольших тесных двойных систем астероидов, вращающихся вокруг общего центра масс^[11], которые не могут быть объяснены только как результат взаимных столкновений астероидов^[12]. С другой стороны он не способен существенно изменить скорости вращения крупных тел вроде астероида (253) Матильда.

См. также

• Эффект Ярковского
• Орбитальная скорость
• Приливные силы
• Солнечная радиация
• Приливное ускорение
• (54509) YORP

Примечания