Jarkovskij-effekten

Asteroide

NASA, Jet Propulsion Laboratory. Falt i det fri (Public domain)

Figur 1. Illustrasjon av mekanismen bak den døgnlige Jarkovskij-effekten. 1. En asteroide sender ut stråling i alle retninger. 2. Asteroiden roterer i retning mot urviserens bevegelse. 3. Asteroiden har en banebevegelse mot venstre. 2.1. Den varmeste delen av asteroidens overflate. 4. stråling fra Sola.

Jarkovskij-effekten1 av Graevemoore. CC BY SA 3.0

Figur 3. Illustrasjon av mekanismen bak den årlige Jarkovskij-effekten. Se forklaring i hovedteksten

Jarkovskij-effekten3 av David Vokrouhlicky. CC BY NC SA 3.0

Jarkovskij-effekten er en virkning som stråling utsendt fra et roterende legeme, for eksempel en asteroide, har på legemets egen banebevegelse. Når legemet sender ut lys, varme og annen elektromagnetisk stråling, oppstår samtidig en liten rekyleffekt i motsatt retning. Denne rekylen kan over tid ha en observerbar effekt på asteroiders banebevegelse.

Effekten ble først beskrevet i 1900 av Ivan Osipovitsj Jarkovskij, men ble ikke påvist gjennom astronomiske observasjoner før i 2003.

Jarkovskij-effekten gjør seg gjeldende hvis strålingen fra legemet ikke er lik i alle retninger. Det kan ha flere forskjellige årsaker, som alle er knyttet til legemets rotasjon. Jarkovskij-effekten kan ha ulik virkning på en asteroides banebevegelse avhengig av hvordan asteroiden roterer.  

På et legeme som beveger seg rundt Sola med bundet rotasjon, slik at det hele tiden vender den samme siden mot Sola, blir denne siden varmere enn den motsatte. På grunn av temperaturforskjellen sendes det ut mer stråling fra siden som vender mot Sola enn fra den motsatte siden. Dermed gir rekylen en kraft utover, vekk fra Sola.

Også en asteroide som roterer rundt sin egen akse slik at den får et døgn der dag og natt skifter, kan få en Jarkovskij-effekt som dytter asteroiden utover fra Sola. Et eksempel på dette vises i figur 1 og 2.

Når den roterende asteroiden befinner seg i solskinnet varmes den delen som vender mot Sola opp. Dette tar imidlertid litt tid, og derfor er det varmeste området ikke det som peker rett mot Sola, men det som nylig pekte rett mot Sola. I figur 1 vil den delen som er i ferd med å varmes opp, få maksimal temperatur litt til høyre når vi ser i retning av solskinnet, mens skyggedelen på baksiden får lavest temperatur litt til venstre.

Retningen med maksimal utstråling fra legemet faller derfor ikke sammen med retningen til strålingen som kommer fra Sola. Rekylkraften fra legemets egen utstråling er størst rett ut fra det varmeste (røde på figur 1) området på asteroiden og minst ut fra det kaldeste. Resultatet blir en netto rekylkraft utover på skrå oppover mot venstre på figuren. Figur 2 viser retningen på denne kraften. Rekylkraften virker dels utover – vekk fra Sola – og dels med asteroidens bevegelsesretning. Resultatet er at asteroiden vil bevege seg langs en spiralbane som fører den langsomt utover.

Slik virker den døgnlige Jarkovskij-effekten når asteroidens rotasjon rundt sin egen akse går i samme retning som banebevegelsen. I figur 1 og 2 ser vi at begge bevegelsene går med klokka. 

Dersom legemet derimot hadde rotert motsatt vei i forhold til bevegelsesretningen, ville strålingsreaksjonen ført til en spiralbevegelse innover mot Sola. Rekylen fra strålingen vil i det tilfellet få asteroidens banehastighet til å sakke av. Dette gjør at asteroiden får en drift innover som kalles Jarkovskij-driften.

Det er også en såkalt årlig Jarkovskij-effekt knyttet til forskjellen på orientering av en asteroide før og etter et omløp rundt Sola (figur 3).

Mekanismen bak den årlige Jarkovskij-effekten er illustrert i Figur 3 for en asteroide med rotasjonsaksen i asteroidens baneplan, slik at det ikke er noen døgnlig Jarkovskij-effekt. Det er en sesongavhengig oppvarming av den sørlige (S) og nordlige (N) delen av asteroiden. Fordi oppvarmingen av overflaten tar tid, er høyeste temperatur på den nordlige delen av asteroiden ikke i punkt A hvor den nordlige delen peker rett mot sola, men litt senere, i punkt B. Tilsvarende har den sørlige delen høyest temperatur ikke i punkt C, men i D. De vertikale gule pilene viser retningen av strålingsreaksjonen fra asteroidens egen utstråling. Vi ser at strålingsreaksjonen har en en komponent mot bevegelsesretningen. Dette fører til en liten nedbremsing som gjør at asteroiden driver litt innover mot Sola.

Figur 4. Computermodell av asteroiden 6489 Golevka sett fra ulike vinkler, basert på observasjoner med Areciboteleskopet i Chile. Asteroiden har en utstrekning på omtrent 1 km.

Asteroiden Golevka av NASA. Falt i det fri (Public domain)

Eksistensen av Jarkovskij-effekten ble for første gang bekreftet i 2003 ved å analysere observasjonsdata av posisjonen til asteroiden 6489 Golevka (figur 4) gjort med radar fra 1991 og 12 år fremover. 

Astronomen Steven R. Chesley og medarbeidere gjorde en presis beregning av virkningen av Jarkovskij-effekten på asteroiden 6489 Golevka.

Observasjoner viste at asteroiden hadde et avvik på 15 km over en periode på 12 år fra posisjonen som ble forutsagt dersom asteroiden bare hadde vært påvirket av gravitasjonskrefter. Beregningene der Chesley og medarbeidere tok hensyn til Jarkovskij-effekten ga overensstemmelse mellom beregninger og observasjoner.

En annen bekreftelse av Jarkovskij-effekten er oppnådd i observasjoner av asteroiden 1999 RQ36 som har en diameter på omtrent 500 meter. Nøyaktige posisjons-bestemmelser frem til 2012 har vist at den i løpet av de siste 12 årene har drevet 150 km vekk fra den posisjonen den ville hatt om den bare hadde vært påvirket av gravitasjonskrefter. Beregninger viser at dette kan forklares som et resultat av Jarkovskij-effekten.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.