Jarkofski-effek

Die  Jarkofski-effek verduidelik die uitwerking van die oneweredige hitte van ’n asteroïde se oppervlak op sy baan en is belangrik by klein liggame soos meteoroïdes en asteroïdes  (met ’n deursnee van sowat 10 cm tot 10 km). Die term is in 1900 deur die Russies-Poolse ingenieur Iwan Osipowitsj Jarkofski geformuleer en is na hom genoem.

Werking 
Die Jarkofski-effek is ’n gevolg van die feit dat ’n verandering in die temperatuur van ’n voorwerp wat deur straling verhit word (en dus die sterkte van die termiese straling van die voorwerp af) agter raak by veranderings in die inkomende straling. Dit beteken die voorwerp se oppervlak vat ’n ruk om warm te word wanneer dit aanvanklik verhit word, en dit neem ’n ruk om weer af te koel nadat die verhitting opgehou het. Oor die algemeen is daar twee komponente van die effek:

 Dag-effek: Die oppervlak van ’n voorwerp wat deur die Son verhit word (soos ’n asteroïde of die Aarde) word bedags deur die son se straling verhit en koel snags af. Vanweë die termiese geleidingsvermoë van die oppervlak is daar ’n tydsverskil tussen die absorbering van die Son se straling en die terugkaatsing van dieselfde straling as hitte; die warmste punt op ’n roterende voorwerp is op die "14:00-oppervlak", dus ’n ruk ná 12:00 die middag. Dit veroorsaak ’n verskil in die rigting van die absorbering en terugkaatsing van die straling, en dit bring ’n netto krag mee al met die rigting van die wentelbaan langs. As die voorwerp se rotasie prograad en dus in die bewegingsrigting van die wentelbaan is, veroorsaak dit dat die semi-hoofas van die wentelbaan geleidelik toeneem; die voorwerp beweeg algaande weg van die Son af. ’n Voorwerp wat retrograad (in die teenoorgestelde rigting) roteer, beweeg nader aan die son. Die dag-effek is die oorheersende komponent by liggame met ’n deursnee van meer as 100 m.
 Seisoen-effek: Dit is die maklikste om te verstaan by ’n geïdealiseerde nieroterende voorwerp wat om die Son wentel, en waarvan elke "jaar" presies een "dag" lank is. Terwyl dit in sy wentelbaan is, is die "skemer"-halfrond wat oor ’n lang voorafgaande tyd verhit is, in die rigting van die wentelbaan se bewegingsrigting. Die oormaat termiese straling in dié rigting veroorsaak ’n remkrag wat meebring dat die voorwerp ál nader aan die Son beweeg. In die praktyk, vir roterende voorwerpe, neem dié seisoen-effek toe saam met die ashelling. Dit oorheers net as die dag-effek klein genoeg is. Dit kan gebeur vanweë ’n baie vinnige rotasie (geen tyd dat die nagkant kan afkoel nie, en daarom ’n amper eweredige longitudinale temperatuurverspreiding), ’n klein grootte (die hele liggaam is dwarsdeur verhit) of ’n ashelling van byna 90°. Dié effek is belangriker by kleiner asteroïdestukke (van ’n paar meter tot 100 m), mits die oppervlak nie met ’n isolerende materiaal bedek is of die voorwerp se rotasie nie uiters stadig is nie. Indien die rotasie-as van die voorwerp oor baie lang tydperke herhaaldelik verander weens botsings (en die rigting van die dag-effek boonop verander), sal die seisoen-effek ook oorheers.

Oor die algemeen hang die effek van die grootte van die voorwerp af. Dit sal die semi-hoofas van kleiner voorwerpe beïnvloed, maar groter voorwerpe feitlik onaangeraak laat. Vir kilometergrootte-asteroïdes is die Jarkofski-effek minimaal oor kort tydperke: die krag op die asteroïde 6489 Golevka is na raming sowat 0,25 newton, vir ’n netto versnelling van 10−10 m/s2. Dit is egter konstant en oor ’n tydperk van miljoene jare kan ’n asteroïde se wentelbaan genoeg beïnvloed word om dit van die asteroïdegordel te verskuif na die binneste deel van die Sonnestelsel.

Die bogenoemde besonderhede kan meer ingewikkeld wees vir voorwerpe in hoogs eksentrieke wentelbane.

Meting 
Die effek is vir die eerste keer in 1991-2003 gemeet met betrekking tot die asteroïde 6489 Golevka. Dié het oor 12 jaar 15 km uit sy voorspelde posisie geskuif.

Sonder regstreekse meting is dit baie moeilik om die presiese uitwerking van die Jarkofski-effek op ’n spesifieke asteroïde se wentelbaan te voorspel. Dit is omdat die omvang afhang van verskeie veranderlikes wat moeilik is om uit die beperkte beskikbare waarnemingsinligting te bepaal. Dit sluit in die presiese vorm van die voorwerp, sy oriëntasie en sy albedo. Berekenings word verder bemoeilik deur die uitwerking van ander faktore. Verder ding die Jarkofski-effek mee met stralingsdruk, waarvan die netto effek soortgelyke klein langtermynkragte kan veroorsaak by liggame met ’n wisselende albedo en/of niesferiese vorm.

Ondanks al dié probleme is die Jarkofski-effek een van die scenario's wat ondersoek word om die baan van ’n naby-aarde-voorwerp wat dalk met ons kan bots, te verander. Moontlike strategieë sluit in die "verf" van ’n asteroïde se oppervlak of om die Son se straling daarop so te fokus dat dit die intensiteit van die Jarkofski-effek beïnvloed en die baan genoeg verander om ’n botsing met die Aarde te voorkom. In die OSIRIS-REx-sending, wat na verwagting in September 2016 gelanseer sal word, sal die Jarkofski-effek op die asteroïde Bennu bepaal word. Dit is een van die voorwerpe wat ’n gevaar vir die Aarde inhou: Dit het ’n kans van 0,07% om in die 2100's met ons te bots.

Verwysings

Eksterne skakels 
 Detection of Semi-Major Axis Drifts in 54 Near-Earth Asteroids: New Measurements of the Yarkovsky Effect 
 Asteroid Nudged by Sunlight: Most Precise Measurement of Yarkovsky Effect – (ScienceDaily 2012-05-24)
 Hierdie artikel is vertaal uit die Engelse Wikipedia

Astrofisika
Teoretiese fisika