اثر یارکوفسکی: هل دادن سیارکها با نور خورشید

 

 

یک اونس نیروی ناشی از عدم تعادل در نور خورشید می‌تواند سیارک‌ها را به (یا خارج) مدارهای عبور از زمین هدایت کند. این اثر یارکوفسکی است، یک فشار کوچک به یک سیارک که توسط چیزی بیش از نور خورشید ایجاد نمی‌شود. با توجه به زمان کافی طولانی، این اثر می‌تواند طرح منظومه شمسی را به شدت تغییر دهد.

 

 

آیا نور خورشید می‌تواند سنگ را حرکت دهد؟

آیا باور دارید که نور خورشید توانایی تغییر مسیر سیارکها را دارد؟ می‌تواند و انجام می‌دهد.

 

تأثیر نور خورشید بر سیارک‌های در حال چرخش ناچیز است، برخلاف نیروهای گرانشی که بر روی سیارک‌ها هنگام حرکت در منظومه شمسی وارد می‌شوند. اما – در طی سالیان متمادی – اثر فشار کوچک نور خورشید افزایش می‌یابد به طوری که سیارک‌ها برای چسبیدن به مدار خود با مشکل مواجه می‌شوند. سیارکهای در حال چرخش در طول زمان به طور گسترده‌ای تغییرمسیر می‌دهند. این عاملی است که کار را برای دانشمندانی پیچیده می‌کند که در تلاش برای ارزیابی خطر طولانی‌مدت سیارک‌ها در مدارهای عبور از زمین هستند.

 

این اثر به عنوان اثر یارکوفسکی شناخته می‌شود و بله، می‌تواند مدار سیارک های کوچک را تغییر دهد. برای سیارکهایی که در همان جهتی می‌چرخند که به دور خود می‌چرخد ​​– سیارک در جهت حرکت مداری خود تحت فشار قرار می‌گیرد. سرعت می‌گیرد و به مدار کمی بزرگتر می‌رود.

 

عکس این امر برای سیارکی که در جهت وارونه می‌چرخد، بر خلاف حرکت مداری آن اتفاق می‌افتد. اثر یارکوفسکی یک حرکت مخالف‌گرد را به عقب می‌راند. سرعت آن کاهش می‌یابد و در مداری کوچکتر به سمت خورشید می افتد.

 

تیم اوسیریس ـ رکس که یک فضاپیما را به سیارک بنو فرستاده است، نحوه عملکرد این کار را در ویدیوی زیر توضیح می دهد:

 

 

جایی برای پنهان شدن از آفتاب نیست

با چرخش سیارک، بخشی از سطح سیارک که رو به خورشید است، دائماً در حال جابجایی است و به طور مداوم گرما را از سمت همیشه در حال تغییر خورشید خارج می کند. همانطور که سطح در طول روز گرم و در شب سرد می‌شود – تابش در سیارک در حال چرخش می‌تواند به عنوان نوعی مینی رانشگر عمل کند.

 

چرا اثر یارکوفسکی اهمیت دارد؟

نجوم اغلب بر موارد بزرگ، وسیع و بسیار پرانرژی متمرکز است. اما گاهی اوقات، نیروهای بسیار کوچک می‌توانند تکامل کل یک منظومه سیاره‌ای را تغییر دهند. اثر یارکوفسکی یک نمونه است. عدم تعادل در تابش گرمای یک سیارک مدار آن را تغییر می‌دهد.

 

و این تغییر می‌تواند بین وضعیت موجود و انقراض جمعی تفاوت ایجاد کند.

فضاپیمای اوسیریس ـ رکس و ابزار PolyCam آن 12 تصویر را برای ساختن این تصویر از سیارک بنو در 2 دسامبر 2018 جمع آوری کردند. فضاپیما فقط 15 مایل (24 کیلومتر) از سیارک فاصله داشت. دانشمندان از دیدن سطح پر از سنگ بنو شگفت زده شدند. تصویر از ناسا/ دانشگاه آریزونا.

 

اثر یارکوفسکی بر سیارک بنو

مثال سیارک بنو را در نظر بگیرید، که دو سال پیش زمانی خبرساز شد که فضاپیمای اوسیریس ـ رکس ناسا با موفقیت نمونه‌ای از غبار را از سطح آن جمع‌آوری کرد (این فضاپیما قرار است در 24 سپتامبر 2023 به زمین بازگردد). دانشمندان حداقل از سال 2012 می‌دانستند که بنو تحت تأثیر ضربه‌های ظریف یارکوفسکی قرار می‌گیرد. این یک فشار کوچک به یک سیارک است که چیزی بیش از نور خورشید به آن منتقل نمی‌شود.

 

دانستن مدار دقیق سیارک برای یک رویارویی موفق فضاپیما ضروری است. به همین دلیل است که – برای سیارک بنو، هدف ماموریت فضاپیمای اوسیریس ـ رکس ـ ستاره شناسان هر گذر نزدیک سیارک و سیگنالهای جهشی از تلسکوپهای رادیویی را از سطح سیارک مشاهده کردند. با اندازه‌گیری تاخیر در سیگنال بازگشت، محققان توانستند به دقت اندازه‌گیری کنند که سیارک چقدر از زمین فاصله دارد. مشاهدات مکرر که از سال 1999 (سال کشف سیارک) شروع شد و تا این قرن – با استفاده از تلسکوپهای رادیویی آرسیبو و گلدستون – اثر یارکوفسکی را بر روی سیارک بنو نشان داد.

 

بین سال‌های 1999 تا 2012 – زمانی که دانشمندان برای اولین بار اندازه‌گیری اثر یارکوفسکی را برای سیارک بنو اعلام کردند – بنو حدود 100 مایل (160 کیلومتر) از جایی فاصله داشت که در صورت نبود اثر یارکوفسکی باید می‌بود. این سریعتر از سرعت حلزون است. این اختلاف کاملاً نتیجه گرمای تابش شده از سطح سیارک است.

 

مانند ضرب المثل لاک‌پشتی که با خرگوش مسابقه می‌دهد، آهسته و پیوسته راهی است که اثر یارکوفسکی خود را نشان می دهد. اگر حدس می‌زدید که نیروی رانش وارده توسط تشعشعات ناچیز است، حق با شماست. سیارک بنو – 68 میلیون تن جرم، 1/3 مایل (1/2 کیلومتر) عرض – توسط نیرویی به اطراف رانده می‌شود

 

اثر یارکوفسکی در مقابل اثر YORP

اثر یارکوفسکی را که مدار یک سیارک را تغییر می‌دهد، با اثر یارکوفسکی-اوکیف-رادیفسکی-پادک (YORP) اشتباه نگیرید که دوره چرخشی و محور چرخش سیارک را تغییر می‌دهد. به دلیل اثر YORP، دانشمندان دریافته‌اند که سرعت چرخش بنو در حدود یک ثانیه در هر قرن افزایش می‌یابد. به عبارت دیگر، دوره چرخش بنو هر 100 سال یک ثانیه کوتاهتر می‌شود.

 

چگونه این دو نیرو در هم تنیده شده‌اند؟ اثر YORP، تغییر سرعت چرخش و محور چرخشی سیارک، می‌تواند اثر یارکوفسکی را نیز تغییر دهد.

 

Sentry-II، یک برنامه کامپیوتری جدید برای محاسبه اثر یارکوفسکی

ناسا در 6 دسامبر 2021 اعلام کرد که یک برنامه کامپیوتری جدید نظارت بر سیارک به نام Sentry-II اکنون می‌تواند اثر یارکوفسکی را برای سیارکها محاسبه کند. در مورد برنامه می‌توانید به لینک زیر مراجعه کنید:

https://earthsky.org/space/asteroid-impact-monitoring-system-sentry-ii/

 

دانشمندان از برنامه Sentry-II برای نشان دادن کاهش احتمال برخورد زمین با سیارک 1950 پس از میلاد استفاده کردند.

 

ایوان یارکوفسکی که بود؟

ایوان یارکوفسکی (1844-1902). تصویر از ویکی‌پدیا

 

مهندس عمران لهستانی-روسی، ایوان یارکوفسکی، برای اولین بار اثری را توصیف کرد که نام او را در حدود سال 1900 به یادگار گذاشته است. یارکوفسکی، متولد 1844، بیش از 20 سال برای شرکت راه آهن الکساندروفسک کار کرد و فناوری راه آهن را بررسی کرد. در آن زمان، او به فعالیتهای علمی دیگر نیز پرداخت. علاقه او به حرکات سیارات منجر به انتشار جزوه‌ای شد که در آن تأثیری توصیف می‌کرد که نام او را به همراه داشت.

 

کار او دیده نمی‌شد، اما ارنست اوپیک دوباره آن را کشف کرد و در سال 1951 شناخته شد.

 

در سال‌هایی که یارکوفسکی اندیشه‌های خود را منتشر کرد، دانشمندان سیاره‌شناس دریافتند که اثر او به احتمال زیاد به طور چشمگیری کل خانواده سیارکها را تغییر داده و نقش اساسی در حرکت اجرام از کمربند اصلی سیارکها به زمین داشته است. در واقع، بدون این اثر، زمین در طول تاریخ خود برخوردهای سیارکی کمتری را تجربه می‌کرد. سخت است تعجب نکنیم که آیا انقراض دسته جمعی نتیجه فقط نیم اونس (14 گرم) فشار روی یک طرف صخره‌ای است که بی‌سر و صدا بین مریخ و مشتری می‌چرخد.

صفحه عنوان جزوه ایوان یارکوفسکی که به طور خصوصی در بریانسک، روسیه، در سال 1901 منتشر شد. تصویر از Scholarpedia.

 

اثر یارکوفسکی نیرویی است که روی یک جسم چرخشی در فضا  توسط انتشار وابسته به جهت فوتونهای حرارتی ایجاد شده است. فوتونها حرکت می‌کنند و بنابراین می‌توانند نیرویی روی یک شی ایجاد کنند. برای اجسام سبک مانند سیارک‌ها تا قطر ده کیلومتر، اثر یارکوفسکی نشان دهنده نیروی اصلی است که بر مسیرهای مداری خود در اطراف خورشید تأثیر می‌گذارد.

 

در طول مقیاس‌های زمان نجومی، اثر یارکوفسکی می‌تواند به طور قابل توجهی مدار یک شی را تغییر دهد و بنابراین باید به محاسبات مسیری برای سیارک‌ها اقدام  شود.

 

این دقیقا همان جایی است که اُسیریس رکس وارد می‌شود – جمع‌آوری اطلاعات دقیق بر روی ترکیب و توپوگرافی سطح بنو برای یادگیری چگونگی خواص سیارک بر اثر یارکوفسکی تاثیر می‌گذارد.

 

علاوه بر اثر روزانه یارکوفسکی، پدیده فصلی نیز وجود دارد که به طور معمول بر جسمهایی که چرخش بسیار سریع دارند، اجسام بسیار کوچک با محور چرخش خود نزدیک به 90 درجه تسلط دارد.

 

اگر چه اثر یارکوفسکی نسبتا کوچک است و نیروهای معمولی که بیش از یک قطعه از نیوتن نیستند می‌توانند مدارهای سیارک را در طول چندین سال به طول چند میلیونی تغییر دهند و آنها را از کمربند سیارکی به مدارهایی که تقسیم منظومه شمسی منظم را در بر می‌گیرد، تغییر دهند.

 

اندازه‌گیری اثر یارکوفسکی طی دوره 12 ساله بر روی سیارک Golveka با 0.6 کیلومتر بر ساعت 1.4 کیلومتر نشان داد که این فاصله 15 کیلومتر از موقعیت پیش‌بینی شده آن فاصله دارد. این نشان دهنده اهمیت استفاده از اثر یارکوفسکی برای تحلیل مسیریابی است که با توجه به اثرات بالقوه خطر سیارکها به زمین که هنوز ده‌ها سال از آن فاصله دارند، استفاده می‌شود.

 

تا به امروز، پیش‌بینی اثر یارکوفسکی چالش برانگیز بوده است، زیرا میزان آن بستگی به بسیاری از متغیرهایی دارد که برای تعیین از راه دور سخت می‌باشد. عوامل تاثیرگذار شامل شکل جسم، جهت آن، سرعت چرخش و خواص سطحی مانند آلبدو است.

 

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Yarkovsky effect: Pushing asteroids with sunlight

Posted by Don Machholz and Editors of EarthSky April 13, 2022

https://earthsky.org/astronomy-essentials/the-yarkovsky-effect-pushing-asteroids-around-with-sunlight/

 

Asteroid Bennu & the Yarkovsky Effect

http://spaceflight101.com/osiris-rex/bennu/