АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2013, том 47, № 1, с. 21-24
УДК 523.44
ОСЕВОЕ ВРАЩЕНИЕ АСТЕРОИДОВ, СБЛИЖАЮЩИХСЯ С ЗЕМЛЕЙ:
ВЛИЯНИЕ YORP-ЭФФЕКТА
© 2013 г. Д. Ф. Лупишко, И. Н. Телеусова
НИИ астрономии Харьковского национального университета им. В.Н. Каразина, Украина
Поступила в редакцию 21.11.2011 г.
Распределение астероидов, сближающихся с Землей (АСЗ), по скоростям осевого вращения значительно отличается от аналогичного распределения для астероидов главного пояса наличием избытка объектов как с быстрым, так и с медленным вращением. Среди возможных причин этого различия не исключено влияние солнечной радиации — так называемого УОИР-эффекта, который возникает из-за ее поглощения и переизлучения в тепловом диапазоне вращающимся телом неправильной формы. Известно, что действие этого эффекта зависит от размера астероида и от получаемого им количества солнечной энергии (инсоляции). Анализ наблюдательных данных показал, что средний диаметр АСЗ уменьшается от середины распределения к краям, то есть избыток и медленно вращающихся объектов (ю < 2 об/сутки), и быстро вращающихся (ю = 8—11 об/сутки) составляют астероиды меньших размеров, чем в середине распределения, что хорошо согласуется с характером влияния УОИР-эффекта. Кроме того, полученная зависимость скорости осевого вращения АСЗ от относительной инсоляции показывает, что АСЗ обоих избытков находятся на орбитах, на которых они получают солнечной энергии в среднем на 8—10% больше, чем АСЗ в центре распределения. Этот результат также согласуется с характером влияния УОИР-эффекта и может рассматриваться как дополнительный аргумент в его пользу. Таким образом, в результате проведенного исследования можно сделать вывод о том, что имеющиеся наблюдательные данные свидетельствуют о возможном влиянии УОИР-эффекта на осевое вращение астероидов, сближающихся с Землей, размерами В ~ 2 км и меньше. Это первая попытка обнаружить влияние УОИР-эффекта на осевое вращение всей популяции АСЗ в целом.
DOI: 10.7868/S0320930X13010040
ВВЕДЕНИЕ
Как известно, распределение по скоростям вращения астероидов, сближающихся с Землей (АСЗ), существенно отличается от распределения для малых астероидов главного пояса (АГП), и тем более для крупных, наличием в распределении для АСЗ избытка объектов с быстрым и с медленным вращением (Harris, Pravec, 2006; Lupishko и др., 2007). Возможных причин этих различий может быть несколько. Это: различие в распределении по размерам астероидов этих популяций, влияние негравитационных (радиационных) эффектов, влияние параметров вращения двойных систем среди АСЗ и, возможно, других эффектов. Тот факт, что эти избытки находятся на краях распределения, наводит на мысль о существовании постоянно действующих механизмов (или механизма), замедляющих или ускоряющих осевое вращение АСЗ. Таким механизмом может быть, в частности, так называемый YORP-эффект, который возникает из-за отражения и поглощения солнечного излучения и его переизлучения в тепловом диапазоне вращающимся телом неправильной формы. Само название YORP-эффекта образовано как аббревиатура из начальных букв фамилий авторов (Yrkovsky—O'Keefe—Radzievskii— Paddack effect), которые разработали общую тео-
рию эффекта Ярковского (см. Rubincam, 2000) и, в частности, применили ее к осевому вращению малых тел.
Известно, что действие этого эффекта зависит от размера астероида (чем меньше тело, тем сильнее влияние эффекта на его вращение), формы астероида и от количества солнечного излучения (инсоляции), получаемого телом (Rubincam, 2000; Bottke и др., 2006). При этом приращение углового момента может быть как положительным, так и отрицательным. Действие эффекта, безусловно, является слабым, однако оно накапливается на протяжении времени жизни АСЗ (106—107 лет) и поэтому может приводить к заметному изменению скоростей вращения и наклонов осей вращения малых АСЗ. На данный момент экспериментально удалось подтвердить и сделать оценки величины влияния YORP-эффекта на осевое вращение четырех АСЗ: 1820 Аполлон (Kaasalain-en и др., 2007), 54509 YORP (Taylor и др., 2007), 1620 Географ (Durech и др., 2008a; 2008b) и 3103 Игер (Durech и др., 2009). Так, например, для астероида 1820 Аполлон (диаметр D = 1.4 км, период осевого вращения Р = 3.065 ч, эклиптические координаты полюса X = 50°, ß = —71°) по результатам многочисленных высокоточных наблюдений кривых блеска за период с 1980 по
22
ЛУПИШКО, ТЕЛЕУСОВА
N 50
40
30
20
10
120 100 80 60 40 20
0
N
600
500 400 300 200 100
0
(а) АСЗ N = 402
Vzz TZ2//^///М///^
10 12 14
(б) АГП
D < 5 км N = 804
(в) АГП
D > 10 км N = 2197
2 4 6 8 10 Скорость вращения, об/сут
Рис. 1. Распределение астероидов, сближающихся с Землей (АСЗ) и астероидов главного пояса (АГП) по скоростям их осевого вращения.
2005 гг. было экспериментально вычислено ускорение осевого вращения, которое составляет ёю/ё? = (5.3 ± 1.3) х 10-8 рад/сут2 (что соответствует изменению периода вращения ёР/ё? = (—1.4 ± ± 0.3) х 10-6 ч/г) и хорошо согласуется со значением, предсказанным теоретически для УОЯР-эф-фекта (Каа8а1атеп и др., 2007).
Если влияние солнечного излучения (т.е., УОЯР-эффекта) на осевое вращение АСЗ размерами Б > 1 км (Аполлон, Географ, Игер) оказалось все же достаточным, чтобы можно было его обнаружить из наблюдений, то не исключено, что его влияние на распределение АСЗ по скоростям вра-
щения тоже может оказаться ощутимым. Целью настоящего исследования является попытка обнаружить влияние YORP-эффекта на осевое вращение АСЗ-популяции в целом несмотря на то, что искомые эффекты влияния солнечного излучения на распределение АСЗ по скоростям вращения могут быть в лучшем случае на пределе обнаружения.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ АСТЕРОИДОВ ПО СКОРОСТЯМ ВРАЩЕНИЯ
На рис. 1 приведены распределения по скоростям вращения для АСЗ, а также для крупных и малых астероидов главного пояса, построенные на основе базы данных, составленной А.Ш Harris и B.D. Warner (http://www.minorplanet.info/light-curvedatabase.html). В распределении для АСЗ (рис. 1а) хорошо видны избытки объектов как с быстрым вращением (ю = 8—11 об/сут), так и с медленным (ю = 0—2 об/сут), которые только намечаются в распределении для астероидов главного пояса сопоставимых размеров (D < 5 км) и совсем отсутствуют в распределении для крупных (рис. 1б и 1в).
Стоит подчеркнуть, что параметры вращения двойных АСЗ (уже обнаружено около 40 таких систем) на самом деле вносят значительный вклад в формирование этих избытков, поскольку по имеющимся оценкам (см. http://www.johnstonarchive. het/astro) центральные тела таких систем вращаются в основном с периодами Pprim = 2.2—3.6 ч, которые соответствуют wprim = 7—11 об/сут и поэтому попадают в избыток быстро вращающихся объектов. В то же время большие периоды двойных систем (орбитальные, если спутник не синхронный) находятся в пределах 12—72 ч и соответствуют юотЬ = 0.8—2 об/сут. Формально они попадают в избыток медленного вращения, однако если эти периоды действительно являются орбитальными, то их просто не имеет смысла включать в распределение для скоростей осевого вращения (рис. 1а). С другой стороны, YORP-эффект должен, в принципе, влиять на осевое вращение центральных (первичных) тел. Однако, если двойная система образовалась недавно по сравнению со средним временем жизни АСЗ и к тому же в результате раскручивания АСЗ YORP-эффектом до критической для данного тела скорости (Walsh и др., 2008; Scheeres, 2009; Cuk, Nesvorny, 2010), то при делении этого тела значительная часть углового момента осевого вращения перейдет в орбитальный момент и оставшееся осевое вращение центрального тела как бы "освободится" от накопившегося YORP-эффекта. Поэтому для упрощения задачи и исключения вклада двойных систем в формирование избытков на рис. 1а вращение двойных АСЗ в это распределение не включено.
Анализируя распределения по скоростям вращения для астероидов главного пояса разных диапазонов размеров и АСЗ (последние в среднем
ОСЕВОЕ ВРАЩЕНИЕ АСТЕРОИДОВ, СБЛИЖАЮЩИХСЯ С ЗЕМЛЕЙ
23
существенно меньше в размерах по сравнению даже с наименьшими наблюдаемыми в настоящее время астероидами главного пояса), нетрудно заметить, что чем меньше средний размер астероидов в данной популяции, тем отчетливее проявляются избытки быстрого и медленного вращения. Такая зависимость скоростей вращения от размеров астероидов как раз и должна быть характерной с точки зрения влияния YORP-эффекта. Именно поэтому представляется целесообразным изучить, как распределен средний диаметр АСЗ в зависимости от скорости их осевого вращения, иными словами, проанализировать средний размер АСЗ в обоих избытках и в центре распределения (ю = 3—6 об/сут).
ВЗАИМОЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ ОСЕВОГО ВРАЩЕНИЯ И СРЕДНЕГО ДИАМЕТРА АСЗ Для достижения указанной цели использовалась база данных физических свойств АСЗ ("Physical Properties of Near-Earth Objects", Gerhard J. Hahn, http://berlinadmin.dlr.de/SGF/ earn/nea/), которая включает такие данные, как абсолютная звездная величина, альбедо, диаметр, цвет, тип астероида и др.
В том случае, когда из-за отсутствия альбедо диаметр АСЗ неизвестен, он вычислялся по известной формуле (см., например, Tedesco, Veeder, 1992):
2 lg(D) = 6.247 - 0.4H — lg(pv),
где D — диаметр астероида в км, Н — абсолютная звездная величина и pv — геометрическое альбедо астероида. Последнее бралось как среднее значение для данного композиционного типа астероида согласно данным Lupishko и Di Martino (1998). Таким образом, использовались данные о скоростях вращения только тех АСЗ, для которых известны диаметр или композиционный тип (или, что то же самое, — таксономический класс).
Полученная зависимость представлена на рис. 2. Ее характер показывает, что средний размер АСЗ уменьшается от середины их распределения по скоростям вращения к краям, т.е. избытки и медленно вращающихся объектов (ю < 2 об/сут), и быстро вращающихся (ю > 8 об/сут) составляют астероиды, в среднем в 1.6 раза меньшие по размерам, чем в середине распределения. Качественно этот результат хорошо согласуется с характером влияния на скорость вращения АСЗ именно YORP-эффекта.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.