Jarkovskin-ilmiö

Jarkovskin-ilmiö

Venäläisen insinöörin Ivan Osipovich Yarkovsky’n (1844–1902) teoria ilmiöstä (julkaistu v. 1900), joka muuttaa pienten, itsensä ympäri pyörivien asteroidien (Ø 10 cm – 10 km) ratoja Auringon lämpösäteilyn imeytymisen ja uudelleen säteilyn vaikutuksesta.

Kuva 1. Piirros © Kari A. Kuure.

Kuva 2. Piirros © Kari A. Kuure.

Vuorokautinen vaikutus

Teorian mukaan lämpösäteilyn ja uudelleen säteilyn välinen aika riippuu asteroidin pintamateriaalista. Aika ei ole aivan lyhyt, vaan sen kuluessa asteroidi ehtii pyörähtää jonkin verran. Tästä syystä uudelleen säteily on voimakkainta ”iltapäivän” (noin kello 14) suunnassa. Muissa suunnissa uudelleen säteily on heikompaa ja heikointa se on kappaleen kylmimmässä suunnassa ”aamuyöllä” (kello 4).

Uudelleen säteily tuottaa vähäisen (netto)propulsiivisen voiman (Fx), jonka vaikutus riippuu kappaleen pyörimissuunnasta suhteessa kiertoliikkeen (Auringon ympäri) suuntaan. Jos pyörimisliike on kiertoliikkeen suuntainen (kuva 1), voima pyrkii kasvattamaan kappaleen radan aphelin etäisyyttä Auringosta. 

Jos pyörimisliike on vastakkainen kiertoliikkeelle (kuva 2), voima pyrkii lyhentämään aphelin etäisyyttä.

Jos asteroidi ei pyöri ratatasossaan, vaan pyörimisliikkeen suunta on joku muu, aphelimuutosten lisäksi Yarkovskin ilmiö muuttaa myös radan inklinaatiota (kaltevuutta) ja nousevan solmun pituutta.

Vuotuinen vaikutus

Jarkovskin-ilmiöllä on myös vuodenaikaisvaikutus, joka ilmenee pyörimättömillä kappaleilla. Tällöin vuodenaikaisvaikutuksesta tulee merkittävä ratamuutokseen johtava tekijä. Vuodenaikaisvaikutus tällaisessa tapauksessa pyrkii lähentämään radan aphelia ja näin ollen asteroidin rata on spiraali kohti aurinkokunnan sisäosia. Vaikutus on todettavissa alle 100 metrin kokoisilla kappaleilla.

Jarkovskin-ilmiöön vaikuttaa hyvin monta eri tekijää ja asteroidien pintarakenteiden tarkka tuntemus ei vielä ole sillä tasolla, että ilmiötä voitaisiin soveltaa kaikkiin asteroideihin. Joitakin havaintoja on kuitenkin tehty ilmiön toteamiseksi. Vuosina 1991–2003 tutkijat havaitsivat asteroidia 6489 Golevka, jonka olit havaittu ajautuneen noin 15 km pois lasketulta radaltaan vain 12 vuoden aikana.

Jarkovskin-ilmiön lisäksi hieman samanlaisia ominaisuuksia on valonpaineella. Sekin pyrkii muuttamaan asteroidien ratoja ja on otettava huomioon pienten kappaleiden ratojen laskennassa. Säteilypaine syntyy valon heijastumisesta, imeytymisestä ja uudelleen säteilystä asteroidien kiinteistä pinnoista. Suorin osoitus säteilypaineesta on komeettojen kaasupyrstöt, jotka osoittavat aina poispäin Auringosta.

YORP-ilmiö

Yarkovsky–O’Keefe–Radzievskii–Paddack’in-ilmiön perussyy on suunnilleen sama kuin Jarkovskin ilmiössä. YORP-ilmiö kuitenkin vaikuttaa epäsäännöllisen muotoisen kappaleen pyörimiseen. Täysin pyöreässä kappaleessa ilmiö ei toimi. Erilaiset säteilypinnat aiheuttavat infrapunaisen säteilyyn epäsymmetristä vaihtelua, jolloin propulsiivinen voima muuttaa kappaleen pyörimisimpulssia joko jarruttaen tai kiihdyttäen sitä.

Ilmiö todettiin vuonna 2007 pienillä asteroideilla 54509 yorp (aikaisemmin se tunnettiin tunnuksella 2000 PH5) ja 1862 Apollo. 54509 yorp’in pyörimisnopeus on kaksinkertaistunut vain 600 000 vuodessa. Vuonna 2013 asteroidin P/2013 R3 havaittiin hajoavan ja syyksi epäillään YORP-ilmiön aiheuttamaa nopeaa pyörimistä.