YORP-ефект

У 19-му сторіччі, Іван Ярковський зрозумів: інфрачервоне випромінювання, з тіла нагрітого Сонцем викликає деякий обертальний момент. У перекладі на сучасну фізику, кожний фотон викликає момент p = E/c де E=hν це енергія, та c — швидкість світла у вакуумі. В. А. Радзієвський припустив ідею схожу з ідеєю обертання зі змінним альбедо[7]. Далі, Стівен Педдок та Джон О'Кіф зрозуміли, що форма астероїда має набагато більший вплив на зміну швидкості його обертання. Педдок та Рі запропонували ідею, згідно з якою YORP ефект має спричиняти обертальні розриви асиметричних астероїдів та їх вірогідне викидання за межі Сонячної системи[8].

Рубінкам у 2000 році зобразив дію YORP ефекту на прикладі обертання кулястого астероїда з двома клинами, приєднаними до екватора. Для симетричного пропелера, сила реакції від фотонів, що вилітають з будь-якого заданого елемента площі буде діяти по нормалі до поверхні, таким чином, ми не зможемо спостерігати ніякого обертального моменту.

YORP, так само як і ефект Ярковського, можна розглядати як зворотню силу, прикладену до елемента ${\displaystyle d{\boldsymbol {S}}={\boldsymbol {n}}_{\perp }dS}$ поверхні, що спричинена тепловим відбиттям та перевипромінюванням поглиненого сонячного світла.

${\displaystyle {d\omega \over dt}={{\boldsymbol {T}}\mathbf {\boldsymbol {e}} \over C}={{T_{S}} \over {C}}}$

${\displaystyle \omega }$ — кутова швидкість; ${\displaystyle e}$ — одиничний вектор осі обертання; ${\displaystyle T={{dL} \over {dt}}}$ — момент сил; ${\displaystyle T_{S}}$ — компонент моменту сил, що діє вздовж осі обертання та викликає зміну періоду обертання астероїду; ${\displaystyle dL}$ — момент Імпульсу; ${\displaystyle C}$ — момент Інерції.

${\displaystyle {{d\epsilon \over dt}={{\boldsymbol {T}}\mathbf {\boldsymbol {e}} _{\perp 1} \over C\omega }}={{T_{S}} \over {C\mathbf {\omega } }}}$

YORP-ефект може діяти не лише на поодинокі, а й на подвійні астероїди[9]. Такий ефект називають BYORP (англ. binary YORP), він призводить до зміни параметрів орбіти подвійної системи, результатом чого може бути злиття або розпад подвійного астероїда.

Аналіз популяцій дрібних астероїдів ясно вказує на зв'язок їх еволюції з YORP ефектом. Оцінити вікові зміни нахилу астероїда під дією YORP ефекту зараз неможливо, але можливо виявити вікові зміни швидкості обертання. Однак це є складним завданням, оскільки обертальний момент YORP майже не впливає на кілометрові астероїди на відстані приблизно однієї астрономічної одиниці. Так само, як із ефектом Ярковського, виявлення YORP пов'язане з точним вимірюванням фази ${\displaystyle \phi }$, що пов'язана з періодом обертання астероїда. Це відбувається тому, що обертальна частота ${\displaystyle \omega }$ змінюється лінійно за законом ${\displaystyle {\omega (t)}={\omega _{0}}+{{d\omega } \over {dt}}}$ (якщо прийняти припущення, що ${\displaystyle {{d\omega } \over {dt}}}$ має власну змінну часу). Пов'язана з ним фаза ${\displaystyle \phi }$ зростає в часі за квадратичним законом ${\displaystyle {\phi (t)}={\phi _{0}}+{\omega _{0}t}+{{1} \over {2}}{{d\omega } \over {dt}}{t^{2}}}$. До того ж, інші збурення (наприклад, слабкі нутації) не настільки помітні, щоб спростувати наявність YORP. Це означає, що у моделі ${\displaystyle {{d\omega } \over {dt}}=0}$ YORP ефект виступає як похибка до частоти ${\displaystyle \omega _{0}}$. Тому, малі добавки ${\displaystyle \omega _{0}}$ зростають лінійно у фазовій площині обертання астероїда. Можливість детектувати YORP випливає з можливості розрізнити цей лінійний внесок. Таким чином можна детектувати YORP для окремо обраного астероїда за десятиріччя.

2007 року було пряме спостережне підтвердження ефекту YORP на малих астероїдах 54509 YORP (що тоді позначався 2000 PH₅)[10][11] та 1862 Аполлон[12]. Швидкість обертання 54509 YORP подвоїться за 600,000 років, також YORP ефект може змінити нахил осі і швидкість прецесії, тож повний вплив ефекту YORP може привести до резонансу в обертаннях астероїдів і відповідно, пояснити існування подвійних астероїдів[13].

Відомі значення YORP-ефекту для астероїдів

Об'єкт	${\displaystyle {{d\omega } \over {dt}}}$, 10-8 рад/день2	Період (ч)	Відстань (А.О.)	Посилання
54509 YORP	350±35	0.203	0.98	[14]
25143 Ітокава	3.5±0.4	12.132	1.27	[15]
1620 Географ	1.2±0.2	5.223	1.18	[16]
1862 Аполлон	5.5±1.2	3.065	1.22	[17][18]
3103 Егер	1.4±0.6	5.710	1.32	[19]
1865 Цербер	<0.8	6.803	0.96	[19]

• Контролює зміну швидкості обертання та кут нахилу астероїда.
• YORP ефект контролює ефект Ярковського, що відповідає за транспортування астероїдів з області Юпітеру до області Землі, тим самим впливає на чисельність популяції навколоземних астероїдів.
• Викликає відцентрову силу, що провокує зсуви ґрунту до екватора астероїда, і, в деяких випадках — його розрив та формування подвійної системи.
• Передбачено, що ефект BYORP грає фундаментальну роль в еволюції подвійних систем. Існує гіпотеза, згідно з якою майже всі малі подвійні астероїди типу купа щебеню, які спостерігаються, перебувають у рівновазі: BYORP і припливні моменти обертання збалансовані.

• Тангенціальний YORP-ефект
• Ефект Ярковського

• D. Vokrouhlicky, W. F. Bottke, S. R. Chesley, D. J. Scheeres, T. S. Statler. The Yarkovsky and YORP Effects // Asteroids IV.

• D. P. Rubincam. Radiative Spin-up and Spin-down of Small Asteroids // Icarus. — 2000. — Т. 148, вип. 1. — С. 2-11.

• W. F. Bottke, D. Vokrouhlický; D. P. Rubincam, D. Nesvorný. The Yarkovsky and Yorp Effects: Implications for Asteroid Dynamics // Annual Review of Earth and Planetary Sciences. — Т. 34. — С. 157-191.