Efecto Yarkovsky

Efecto Yarkovsky:

1. Radiación de la superficie del asteroide
2. asteroide rotativo degradante
   • 2.1. Ubicación con "Noche"
3. Órbita de asteroides
4. Radiación del Sol

El efecto Yarkovsky es una fuerza que actúa sobre un cuerpo en rotación en el espacio causada por la emisión anisotrópica de fotones térmicos, que transportan impulso. Suele considerarse en relación con meteoroides o pequeños asteroides (de unos 10 cm a 10 km de diámetro), ya que su influencia es más significativa para estos cuerpos.

Historia del descubrimiento

El efecto fue descubierto por el ingeniero civil polaco-ruso Ivan Osipovich Yarkovsky (1844–1902), quien trabajó en Rusia en problemas científicos en su tiempo libre. Escribiendo en un panfleto alrededor del año 1900, Yarkovsky señaló que el calentamiento diario de un objeto giratorio en el espacio haría que experimentara una fuerza que, aunque diminuta, podría provocar grandes efectos a largo plazo en las órbitas de los cuerpos pequeños, especialmente los meteoritos. y pequeños asteroides. La idea de Yarkovsky se habría olvidado si no hubiera sido por el astrónomo estonio Ernst J. Öpik (1893–1985), quien leyó el folleto de Yarkovsky alrededor de 1909. Décadas más tarde, Öpik, recordando el folleto de memoria, discutió la posible importancia del efecto Yarkovsky en el movimiento de meteoroides alrededor del Sistema Solar.

Mecanismo

El efecto Yarkovsky es una consecuencia del hecho de que el cambio en la temperatura de un objeto calentado por la radiación (y, por lo tanto, la intensidad de la radiación térmica del objeto) va a la zaga de los cambios en la radiación entrante. Es decir, la superficie del objeto tarda en calentarse cuando se ilumina por primera vez y tarda en enfriarse cuando se detiene la iluminación. En general, hay dos componentes para el efecto:

• Diurnal efecto: En un cuerpo giratorio iluminado por el Sol (por ejemplo, un asteroide o la Tierra), la superficie se calienta con radiación solar durante el día, y se enfría por la noche. Debido a las propiedades térmicas de la superficie, hay un lag entre la absorción de radiación del Sol, y la emisión de radiación como calor, por lo que el punto más cálido en un cuerpo giratorio ocurre alrededor del sitio "2 PM" en la superficie, o ligeramente después del mediodía. Esto da lugar a una diferencia entre las direcciones de absorción y reemisión de radiación, que produce una fuerza neta en la dirección del movimiento de la órbita. Si el objeto es un rotador de progradación, la fuerza está en la dirección del movimiento de la órbita, y hace que el eje semi-major de la órbita aumente constantemente; el objeto se aleja del Sol. Un rotador retrogrado en espiral hacia adentro. El efecto diurnal es el componente dominante para cuerpos con diámetro superior a unos 100 m.
• Seasonal efecto: Esto es más fácil de entender para el caso idealizado de un cuerpo no-rotante que orbita el Sol, para el cual cada "año" consiste en exactamente un "día". A medida que viaja alrededor de su órbita, el hemisferio "dusk" que ha sido calentado durante un largo período de tiempo anterior es invariablemente en la dirección del movimiento orbital. El exceso de radiación térmica en esta dirección provoca una fuerza de frenado que siempre provoca una espiral hacia el Sol. En la práctica, para los cuerpos giratorios, este efecto estacional aumenta junto con la inclinación axial. Sólo domina si el efecto diurnal es lo suficientemente pequeño. Esto puede ocurrir debido a una rotación muy rápida (no hay tiempo para refrescarse en el lado nocturno, por lo que una distribución de temperatura longitudinal casi uniforme), tamaño pequeño (todo el cuerpo está calentado a lo largo) o una inclinación axial cerca de 90°. El efecto estacional es más importante para fragmentos de asteroides más pequeños (de unos metros hasta unos 100 m), siempre y cuando sus superficies no estén cubiertas por una capa de aislante y no tengan rotaciones extremadamente lentas. Además, en muy largos plazos sobre los cuales el eje de giro del cuerpo puede ser cambiado repetidamente debido a colisiones (y por lo tanto también la dirección de los cambios de efecto diurnal), el efecto estacional también tendra a dominar.

En general, el efecto depende del tamaño y afectará al semieje mayor de los asteroides más pequeños, mientras que los asteroides grandes prácticamente no se verán afectados. Para los asteroides del tamaño de un kilómetro, el efecto Yarkovsky es minúsculo en períodos cortos: la fuerza sobre el asteroide 6489 Golevka se ha estimado en 0,25 newtons, para una aceleración neta de 10⁻¹² m/s² . Pero es constante; durante millones de años, la órbita de un asteroide puede verse lo suficientemente perturbada como para transportarlo desde el cinturón de asteroides hasta el Sistema Solar interior.

El mecanismo es más complicado para cuerpos en órbitas fuertemente excéntricas.

Medición

El efecto se midió por primera vez entre 1991 y 2003 en el asteroide 6489 Golevka. El asteroide se desvió 15 km de su posición prevista durante doce años (la órbita se estableció con gran precisión mediante una serie de observaciones de radar en 1991, 1995 y 1999 desde el radiotelescopio de Arecibo).

Sin una medición directa, es muy difícil predecir el resultado exacto del efecto Yarkovsky en la órbita de un asteroide determinado. Esto se debe a que la magnitud del efecto depende de muchas variables que son difíciles de determinar a partir de la limitada información observacional disponible. Estos incluyen la forma exacta del asteroide, su orientación y su albedo. Los cálculos se complican aún más por los efectos del sombreado y la 'reiluminación' térmica, ya sea causada por cráteres locales o por una posible forma cóncava general. El efecto Yarkovsky también compite con la presión de radiación, cuyo efecto neto puede causar pequeñas fuerzas similares a largo plazo para cuerpos con variaciones de albedo o formas no esféricas.

Como ejemplo, incluso para el caso simple del efecto Yarkovsky estacional puro en un cuerpo esférico en una órbita circular con una oblicuidad de 90°, los cambios del semieje mayor podrían diferir hasta en un factor de dos entre el caso de un albedo uniforme y el caso de una fuerte asimetría de albedo norte-sur. Dependiendo de la órbita del objeto y del eje de giro, el cambio de Yarkovsky del semieje mayor puede revertirse simplemente cambiando de una forma esférica a una no esférica.

A pesar de estas dificultades, utilizar el efecto Yarkovsky es un escenario que se está investigando para alterar el curso de los asteroides cercanos a la Tierra que podrían impactar contra la Tierra. Las posibles estrategias de desviación de asteroides incluyen "pintar" la superficie del asteroide o enfocar la radiación solar sobre el asteroide para alterar la intensidad del efecto Yarkovsky y así alterar la órbita del asteroide lejos de una colisión con la Tierra. La misión OSIRIS-REx, lanzada en septiembre de 2016, estudia el efecto Yarkovsky en el asteroide Bennu.

En 2020, los astrónomos confirmaron la aceleración Yarkovsky del asteroide 99942 Apophis. Los hallazgos son relevantes para evitar el impacto de asteroides, ya que se pensaba que 99942 Apophis tenía una probabilidad muy pequeña de impactar en la Tierra en 2068, y el efecto Yarkovsky era una fuente importante de incertidumbre en la predicción. En 2021, una colaboración multidisciplinaria de profesionales y aficionados combinó las mediciones de satélites Gaia y radares terrestres con observaciones de ocultación estelar de aficionados para refinar aún más la órbita de 99942 Apophis y medir la aceleración de Yarkovsky con alta precisión, dentro del 0,5 %. Con estos, los astrónomos pudieron eliminar la posibilidad de una colisión con la Tierra durante al menos los próximos 100 años.