야르콥스키 효과

Yarkovsky effect
야르코프스키-오키페-라지예프스키-파닥 효과와 혼동하지 말 것.
야르콥스키 효과:
  1. 소행성 표면으로부터의 복사
  2. 프로그램 회전 소행성
    • 2.1. "오후"가 있는 위치
  3. 소행성의 궤도
  4. 태양의 방사

야르코프스키 효과는 탄력이 전달되는 열광자의 비등방성 방출로 인해 우주공간에서 회전체에 작용하는 힘이다. 그것은 보통 유성체나 작은 소행성(지름 약 10cm~10km)과 관련하여 고려되는데, 그 영향이 이들 신체에 가장 크기 때문이다.

발견의 역사

그 효과는 폴란드-러시아[1] 토목 공학자인 이반 오시포비치 야르코프스키(1844~1902)가 틈틈이 러시아에서 과학적 문제에 대해 연구한 결과 밝혀졌다. 1900년경 팜플렛에 글을 쓰면서 야르코프스키는 우주에서 매일 회전하는 물체를 가열하면 작은 몸체, 특히 유성체, 작은 소행성의 궤도에 큰 장기적 영향을 미칠 수 있는 힘을 경험하게 될 것이라고 지적했다. 1909년경 야르코프스키의 팸플릿을 읽은 에스토니아 천문학자 에른스트 J. 외픽(1893~1985)이 없었다면 야르코프스키의 통찰력은 잊혀졌을 것이다. 수십 년 후, 외픽은 그 팜플렛을 기억에서 떠올리며, 태양계에 관한 유성체의 움직임에 대한 야르코프스키 효과의 가능한 중요성에 대해 논의했다.[2]

메커니즘

야르코프스키 효과는 방사선에 의해 따뜻해지는 물체의 온도 변화(따라서 물체의 열 복사 강도)가 유입되는 방사선의 변화보다 뒤처지는 결과물이다. 즉 물체의 표면은 처음 조명이 켜지면 따뜻해지는 데 시간이 걸리고 조명이 멈추면 식는 데 시간이 걸린다. 일반적으로 효과에는 두 가지 요소가 있다.

  • 주간 효과: 태양(예: 소행성 또는 지구)에 의해 빛을 발하는 회전체에서는 낮에는 태양 복사에 의해 표면이 따뜻해지고 밤에는 식는다. 표면의 열적 특성으로 인해 태양으로부터 방사선을 흡수하는 것과 방사선을 열로 방출하는 것 사이에 차이가 있기 때문에 회전체에서 가장 따뜻한 지점은 표면의 "오후 2시" 지점 주변, 또는 정오 조금 지나서 발생한다. 이는 흡수 방향과 방사선의 재배출 방향의 차이를 초래하며, 이는 궤도 운동 방향을 따라 순력을 산출한다. 만약 물체가 프로그램 회전 장치라면, 힘은 궤도의 운동 방향에 있고, 궤도의 반주축이 꾸준히 증가하게 하고, 물체는 태양으로부터 나선형으로 움직인다. 역방향 회전 장치(Rotator)는 안쪽으로 소용돌이친다. 주간 효과는 직경이 약 100m 이상인 신체의 지배적인 구성 요소다.[3]
  • 계절 효과: 이것은 각각의 "년"이 정확히 하나의 "하루"로 구성되는 태양을 공전하는 회전하지 않는 신체의 이상화된 경우에 가장 이해하기 쉽다. 그것이 궤도를 돌 때, 오랜 이전 기간에 걸쳐 가열된 "dusk" 반구는 항상 궤도 운동 방향으로 움직인다. 이 방향의 열 방사선의 과잉은 항상 태양을 향해 안쪽으로 소용돌이치는 제동력을 유발한다. 실제로 회전체의 경우 축방향 기울기와 함께 이 계절 효과가 증가한다. 주간 효과가 충분히 작아야 지배한다. 이러한 현상은 매우 빠른 회전(야간에서 냉각할 시간이 없으므로 거의 균일한 세로 온도 분포), 작은 크기(전체가 전체적으로 가열됨) 또는 90°에 가까운 축 기울기 때문에 발생할 수 있다. 계절적 효과는 소행성 파편들의 표면이 단열성 퇴석층으로 덮여 있지 않고 회전 속도가 매우 느린 것이 아니라면 (몇 미터에서 약 100 미터까지) 더 중요하다. 또한 충돌로 인해 신체의 스핀 축이 반복적으로 변경될 수 있는 매우 긴 시간(따라서 주간 효과의 방향도 변경됨)에는 계절적 영향도 지배하는 경향이 있다.[3]

일반적으로 그 효과는 크기에 따라 달라지며, 크기가 큰 소행성은 실질적으로 영향을 받지 않고 작은 소행성의 반주축에 영향을 줄 것이다. 킬로미터 크기의 소행성의 경우 야르코프스키 효과는 단기간에 미미하다: 소행성 6489 골레브카에 가해지는 힘은 0.25뉴턴으로 추정되며, 순가속도는 10m−12/s이다2. 하지만 그것은 안정적이다; 수백만년에 걸쳐 소행성의 궤도는 소행성대에서 태양계 내부로 그것을 운반할 수 있을 만큼 충분히 혼란스러울 수 있다.

이 메커니즘은 강한 편심 궤도를 가진 신체의 경우 더 복잡하다.

측정

그 영향은 1991-2003년에 소행성 6489 골레브카에 처음으로 측정되었다. 이 소행성은 12년에 걸쳐 예측된 위치에서 15km 떨어진 곳으로 표류했다(아레시보 전파망원경에서 1991년, 1995년, 1999년 일련의 레이더 관측에 의해 궤도가 매우 정밀하게 설정되었다).[4]

직접적인 측정이 없으면 주어진 소행성의 궤도에 야르코프스키가 미치는 정확한 결과를 예측하기가 매우 어렵다. 이는 효과의 규모가 이용 가능한 제한된 관측 정보에서 판단하기 어려운 많은 변수에 의존하기 때문이다. 여기에는 소행성의 정확한 모양, 방향, 알베도 등이 포함된다. 국소 분화구에 의해 발생하든, 전체 오목한 모양에 의해 발생하든, 그림자 효과와 열 "회수"의 영향으로 계산은 더욱 복잡해진다. 야르코프스키 효과는 또한 방사선 압력과 경쟁하는데, 그 순효과는 알베도 변형이나 비구형 형태를 가진 신체에 유사한 장기적 힘을 일으킬 수 있다.

예를 들어, 90° 부피성의 원형 궤도에서 구면체 위에 순수한 계절 야르코프스키 효과가 나타나는 단순한 경우라도, 반주요 축의 변화는 균일한 알베도의 경우와 강한 남북 알베도 비대칭의 경우 사이에 2배만큼 차이가 날 수 있다. 물체의 궤도와 스핀 축에 따라 반주축의 야르코프스키 변화는 단순히 구면형에서 비구면형으로 변화함으로써 역전될 수도 있다.

이러한 어려움에도 불구하고, 야르코프스키 효과를 활용하는 것은 지구에 근접하는 소행성에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있는 경로를 바꾸기 위해 조사 중인 시나리오 중 하나이다. 가능한 소행성 편향 전략으로는 소행성 표면을 "도색"하거나 소행성에 태양 방사선을 집중시켜 야르코프스키 효과의 강도를 변화시켜 지구와의 충돌로부터 멀리 떨어진 소행성 궤도를 바꾸는 것이 있다.[5] 2016년 9월 발사된 오시리스-REX 미션은 소행성 베누에 대한 야르코프스키 효과를 연구한다.[6]

2020년 천문학자들은 야르코프스키가 소행성 99942 아포피스의 가속도를 확인했다. 이 발견은 소행성 충돌 회피와 관련이 있는데, 2068년 아포피스는 지구에 충돌할 가능성이 매우 적다고 생각되었고, 야르코프스키 효과는 예측 불확실성의 중요한 원천이었다.[7][8] 2021년 다학제 전문-아마추어 협업이 가이아 위성 및 지상 기반 레이더 측정과 아마추어 별의 신비 관측을 결합하여 99942 아포피스의 궤도를 더욱 정교하게 다듬고 야르코프스키 가속도를 0.5% 이내로 정밀하게 측정하였다. 이것들로 천문학자들은 적어도 다음 100년 동안 지구와 충돌할 가능성을 없앨 수 있었다.[9]

참고 항목

참조

  1. ^ Beekman, George (2005). "The nearly forgotten scientist John Osipovich Yarkovsky" (PDF). Journal of the British Astronomical Association. 115 (4): 207. Bibcode:2005JBAA..115..207B.
  2. ^ Öpik, E. J. (1951). "Collision probabilities with the planets and the distribution of interplanetary matter". Proceedings of the Royal Irish Academy. 54A: 165–199. JSTOR 20488532.
  3. ^ a b Bottke, Jr., William F.; et al. (2006). "The Yarkovsky and YORP Effects: Implications for Asteroid Dynamics" (PDF). Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 34: 157–191. Bibcode:2006AREPS..34..157B. doi:10.1146/annurev.earth.34.031405.125154.
  4. ^ Chesley, Steven R.; et al. (2003). "Direct Detection of the Yarkovsky Effect via Radar Ranging to Asteroid 6489 Golevka" (PDF). Science. 302 (5651): 1739–1742. Bibcode:2003Sci...302.1739C. doi:10.1126/science.1091452. PMID 14657492. S2CID 21091302.
  5. ^ Randall, Keith (21 February 2013). "Asteroids No Match For Paint Gun, Says Prof". Archived from the original on 2 March 2013. Retrieved 12 August 2021. 대체 링크(비디오 포함)
  6. ^ 오시리스-REX - Q&A
  7. ^ "Infamous asteroid Apophis is accelerating EarthSky.org". earthsky.org. Retrieved 10 November 2020.
  8. ^ Tholen, D.; Farnocchia, D. (1 October 2020). "Detection of Yarkovsky Acceleration of (99942) Apophis" (PDF). AAS/Division for Planetary Sciences Meeting Abstracts. 52 (6): 214.06. Bibcode:2020DPS....5221406T. Retrieved 12 August 2021.
  9. ^ "Apophis' Yarkovsky Acceleration Improved Through Stellar Occultation". www.cosmos.esa.int. 26 March 2021. Retrieved 12 August 2021.

외부 링크