#209 · The Yarkovsky Effect

A force no stronger than the weight of a single strawberry is currently pushing a half-kilometre mountain of rock through the void. This silent, thermal nudge, discovered by a nineteenth-century railway engineer, is the reason why the Solar System’s orbital map is never truly finished.

In 1901, a Polish-Russian civil engineer named Ivan Yarkovsky published a self-funded pamphlet in St. Petersburg titled *Special Problems of the Structure of the Universe*. Yarkovsky was not an academic; his days were spent managing the logistics of the Russian railways. His pamphlet suggested that the simple act of a rotating body absorbing and re-emitting sunlight could, over vast spans of time, physically alter its path through space. The idea was ignored, buried in the churn of the new century, and might have stayed there if the Estonian astronomer Ernst Öpik had not recalled it from memory decades later.

The mechanism, now known as the Yarkovsky effect, is a study in thermal lag. As an asteroid rotates, its surface absorbs solar radiation. It takes time for the rock to heat up and time for it to cool down—a property known as thermal inertia. This means the warmest part of the asteroid is not the point directly under the high-noon sun, but the 'afternoon' side that has had time to bake. As this warm hemisphere rotates into the darkness of space, it radiates heat in the form of infrared photons.

Photons carry momentum. While the push from a single photon is infinitesimal, the anisotropic emission—the fact that the heat is radiating more strongly in one direction than another—creates a net thrust. It is a tiny, photon-powered rocket engine that never shuts off.

The Direction of the Drift

The impact of this thrust depends entirely on which way the asteroid is spinning. If the body is a prograde rotator—spinning in the same direction as its orbit—the afternoon side faces 'backward' relative to its orbital path. The resulting thermal push acts as an accelerator, boosting the asteroid into a higher orbit and increasing its semi-major axis. The object slowly spirals away from the Sun.

Conversely, a retrograde rotator emits its thermal jet in the direction of its travel. This acts as a brake, stealing orbital energy and causing the asteroid to spiral inward. For a kilometre-sized rock like Golevka, this force is roughly 0.25 newtons. On a human scale, this is the force required to hold a small apple. On a celestial scale, applied over millions of years, it is enough to move an asteroid by thousands of kilometres, eventually nudging it into gravitational resonances that can fling it toward the inner Solar System—and toward Earth.

Detection and Defence

For a century, the effect was a mathematical ghost—necessary to explain why meteorites were so common, but never seen in action. That changed in 2003 when a team led by Steven Chesley at JPL used the Arecibo Observatory to track Golevka. By comparing radar measurements taken over twelve years, they found the asteroid had drifted 15 kilometres from its predicted gravitational path. The ghost had been caught.

Today, the Yarkovsky effect is a critical variable in planetary defence. When NASA scientists calculated the risk of Apophis hitting Earth in 2068, the uncertainty was almost entirely due to its thermal drift. It was only after refined measurements in 2021 that the impact risk was finally ruled out. The OSIRIS-REx mission to the asteroid Bennu provided even more granular data, revealing that the 500-metre rubble pile is currently drifting 280 metres per year due to the sun’s warmth.

What we still don't know

We do not know the exact thermal conductivity of most asteroid interiors. The Yarkovsky effect is a surface-driven phenomenon, but how heat penetrates into the 'regolith'—the layer of loose dust and broken rock—changes the efficiency of the thermal engine. A solid rock behaves differently from a 'rubble pile' held together by weak gravity.

We cannot yet predict the long-term evolution of an asteroid's spin. The Yarkovsky effect is often coupled with the YORP effect, a related phenomenon that can speed up or slow down an asteroid's rotation over time. If the spin changes, the direction of the Yarkovsky push changes, turning an outward spiral into an inward one.

And we do not know the full 'albedo' map of most near-Earth objects. Darker patches of rock absorb more heat than lighter ones, creating complex, local thrust vectors that are nearly impossible to model from Earth-based telescopes. Until we visit more of these rocks, our maps of the future remain approximations.

The Sun does more than illuminate the rocks of our Solar System. It sculpts their orbits, pushing them across the board in a slow-motion game of billiards where the light itself is the cue.

一个力量甚至不如一颗草莓重量的推力，此刻正推动着一座半公里高的岩石山在虚空中缓缓前行。这种无声的热力推动，是一位19世纪的铁路工程师发现的，正是它使得太阳系的轨道图永远无法真正完成。

1901年，一位名叫Ivan Yarkovsky的波兰-俄罗斯土木工程师在圣彼得堡自费出版了一本小册子，标题为《宇宙结构的特殊问题》。雅科夫斯基并不是一名学者；他的日常工作是管理俄罗斯铁路的物流。他的小册子提出，一个旋转物体简单地吸收并重新辐射阳光的行为，可能在漫长的时间跨度内，物理地改变其在太空中的路径。这个想法被忽视了，埋没在新世纪的喧嚣中，也许会永远被遗忘，如果不是爱沙尼亚天文学家恩斯特·奥皮克几十年后从记忆中重新想起了它。

这种机制现在被称为雅科夫斯基效应，它研究的是热滞后现象。当小行星旋转时，其表面吸收太阳辐射。岩石需要时间加热，也需要时间冷却——这一特性被称为thermal inertia。这意味着小行星最热的部分并不是正午阳光直射的点，而是经过一段时间“烘烤”的“下午”一侧。当这个温暖的半球旋转进入太空的黑暗中时，它以红外光子的形式辐射热量。

光子携带着动量。虽然单个光子的推力微乎其微，但各向异性辐射——即热量在一个方向上比另一个方向更强烈地辐射——会产生净推力。这是一种微小的、由光子驱动的火箭发动机，它从不停止。

漂移的方向

这种推力的影响完全取决于小行星的自转方向。如果该天体是一个顺行自转体——其自转方向与轨道方向相同——那么“下午”一侧会相对于其轨道路径朝“后方”方向。由此产生的热推力起到了加速器的作用，将小行星推入更高的轨道并增加其semi-major axis。物体缓慢地远离太阳。

相反，逆行自转体则会将其热喷流朝其运动方向发射。这起到了刹车的作用，窃取轨道能量，导致小行星向内螺旋运动。对于像Golevka这样的千米级岩石来说，这种力大约是0.25牛。从人类的尺度来看，这相当于举起一个小苹果所需的力。但从天体的尺度来看，经过数百万年的作用，这足以使小行星移动数千公里，最终将其推入引力共振，从而将其抛向太阳系内侧——甚至朝地球方向。

检测与防御

一个世纪以来，这种效应只是一个数学上的幽灵——解释为什么陨石如此常见是必要的，但从未被实际观测到。这种情况在2003年发生了变化，当时由JPL的史蒂文·切斯利领导的一个团队使用Arecibo Observatory追踪了戈列夫卡小行星。通过比较十二年间的雷达测量数据，他们发现该小行星已经偏离了其预测的引力路径15公里。幽灵终于被抓住了。

如今，雅科夫斯基效应是行星防御中的一个关键变量。当NASA的科学家计算Apophis在2068年撞击地球的风险时，不确定性几乎完全来自于其热漂移。直到2021年进行了更精确的测量后，撞击风险才最终被排除。OSIRIS-REx对小行星Bennu的探测任务提供了更详细的数据，揭示了这个500米大小的碎石堆目前每年因太阳的温暖而漂移280米。

我们仍不知道的事情

我们尚不知道大多数小行星内部的确切热导率。雅科夫斯基效应是一种表面驱动的现象，但热量如何渗透到“风化层”——即松散尘埃和碎石层——会影响热引擎的效率。实心岩石与由弱重力维系的“碎石堆”表现不同。

我们目前还无法预测小行星自转的长期演化。雅科夫斯基效应通常与YORP效应相关联，这是一种相关的现象，可以随时间加快或减慢小行星的自转速度。如果自转变化，雅科夫斯基推力的方向也会变化，从而将向外的螺旋变为向内的螺旋。

我们还不了解大多数近地天体的完整“反照率”图。岩石上较暗的部分比较亮的部分吸收更多热量，从而产生复杂的局部推力矢量，几乎不可能通过地球上的望远镜建模。在我们访问更多这些岩石之前，我们对未来轨道的预测仍然只是近似。

太阳不仅仅照亮了我们太阳系中的岩石。它还塑造它们的轨道，在一场慢动作的台球游戏中将它们推来推去，而光本身则成为了球杆。

Una fuerza no más fuerte que el peso de una sola fresa está empujando actualmente una montaña de roca de medio kilómetro a través del vacío. Este empujón silencioso y térmico, descubierto por un ingeniero ferroviario del siglo XIX, es la razón por la cual nunca se completa del todo el mapa orbital del Sistema Solar.

En 1901, un ingeniero civil polaco-ruso llamado Ivan Yarkovsky publicó un folleto financiado por él mismo en San Petersburgo titulado *Problemas Especiales de la Estructura del Universo*. Yarkovsky no era un académico; sus días los pasaba gestionando la logística de las vías férreas rusas. Su folleto sugería que el simple acto de que un cuerpo en rotación absorba y reemita la luz solar podría, a lo largo de vastos períodos de tiempo, alterar físicamente su trayectoria a través del espacio. La idea fue ignorada, enterrada en el ajetreo del nuevo siglo, y podría haber quedado allí si el astrónomo estonio Ernst Öpik no la hubiera recordado de su memoria décadas más tarde.

El mecanismo, ahora conocido como el efecto Yarkovsky, es un estudio sobre el retraso térmico. Mientras un asteroide gira, su superficie absorbe radiación solar. Tarda tiempo en calentarse y también en enfriarse—una propiedad conocida como thermal inertia. Esto significa que la parte más cálida del asteroide no es el punto directamente bajo el sol del mediodía, sino el lado de la "tarde" que ha tenido tiempo de calentarse. Cuando este hemisferio cálido gira hacia la oscuridad del espacio, emite calor en forma de fotones infrarrojos.

Los fotones transportan impulso. Aunque el empuje de un solo fotón es infinitesimal, la emisión anisótropa—el hecho de que el calor se emita con mayor intensidad en una dirección que en otra—genera un impulso neto. Es un motor cohete minúsculo, impulsado por fotones, que nunca se apaga.

La dirección del desplazamiento

El impacto de este impulso depende enteramente de hacia dónde gira el asteroide. Si el cuerpo es un rotador progrado—gira en la misma dirección que su órbita—el lado de la tarde se enfrenta "hacia atrás" en relación con su trayectoria orbital. El impulso térmico resultante actúa como un acelerador, impulsando al asteroide a una órbita más elevada y aumentando su semi-major axis. El objeto se desplaza lentamente lejos del Sol.

Por el contrario, un rotador retrógrado emite su chorro térmico en la dirección de su movimiento. Esto actúa como un freno, robando energía orbital y causando que el asteroide se desplace hacia adentro. Para una roca del tamaño de Golevka, esta fuerza es aproximadamente de 0,25 newtons. A escala humana, es la fuerza necesaria para sostener una manzana pequeña. A escala celeste, aplicada a lo largo de millones de años, es suficiente para mover un asteroide miles de kilómetros, eventualmente empujándolo hacia resonancias gravitacionales que pueden lanzarlo hacia el sistema solar interior—y hacia la Tierra.

Detección y defensa

Durante un siglo, el efecto fue un fantasma matemático—necesario para explicar por qué los meteoritos eran tan comunes, pero nunca observado en acción. Eso cambió en 2003 cuando un equipo liderado por Steven Chesley en JPL utilizó el Arecibo Observatory para rastrear a Golevka. Al comparar mediciones de radar tomadas durante doce años, descubrieron que el asteroide se había desviado 15 kilómetros de su trayectoria gravitacional predicha. El fantasma había sido atrapado.

Hoy en día, el efecto Yarkovsky es una variable crítica en la defensa planetaria. Cuando los científicos de NASA calcularon el riesgo de que Apophis golpeara la Tierra en 2068, la incertidumbre fue casi enteramente debida a su desplazamiento térmico. Solo después de mediciones refinadas en 2021 se pudo finalmente descartar el riesgo de impacto. La misión OSIRIS-REx al asteroide Bennu proporcionó aún más datos detallados, revelando que la pila de escombros de 500 metros se está desplazando actualmente 280 metros por año debido al calor del sol.

Lo que aún no sabemos

No conocemos con exactitud la conductividad térmica de la mayoría de los interiores de los asteroides. El efecto Yarkovsky es un fenómeno impulsado por la superficie, pero la forma en que el calor penetra en el "regolito"—la capa de polvo suelto y roca rota—cambia la eficiencia del motor térmico. Una roca sólida se comporta de manera diferente a una "pila de escombros" mantenida unida por gravedad débil.

Todavía no podemos predecir la evolución a largo plazo de la rotación de un asteroide. El efecto Yarkovsky a menudo se combina con el efecto YORP, un fenómeno relacionado que puede acelerar o desacelerar la rotación de un asteroide con el tiempo. Si la rotación cambia, la dirección del impulso de Yarkovsky cambia, transformando una espiral hacia afuera en una hacia adentro.

Y no conocemos el mapa completo de "albedo" de la mayoría de los objetos cercanos a la Tierra. Las manchas más oscuras de roca absorben más calor que las más claras, creando vectores de empuje locales complejos que son casi imposibles de modelar desde telescopios basados en la Tierra. Hasta que visitemos más de estas rocas, nuestros mapas del futuro seguirán siendo aproximaciones.

El Sol hace más que iluminar las rocas de nuestro sistema solar. Moldea sus órbitas, empujándolas a través del tablero en un juego de billar a cámara lenta donde la luz misma es el taco.

Uma força não mais forte que o peso de uma única moranga está atualmente a empurrar uma montanha de rocha de meia quilómetro através do vácuo. Este empurrão silencioso, térmico, descoberto por um engenheiro ferroviário do século XIX, é a razão pela qual o mapa orbital do Sistema Solar nunca é verdadeiramente concluído.

Em 1901, um engenheiro civil polonês-russo chamado Ivan Yarkovsky publicou um folheto financiado por ele mesmo em São Petersburgo intitulado *Problemas Especiais da Estrutura do Universo*. Yarkovsky não era um acadêmico; seus dias eram passados gerenciando a logística das ferrovias russas. Seu folheto sugeriu que o simples ato de um corpo em rotação absorver e reemitir a luz solar poderia, ao longo de grandes períodos de tempo, alterar fisicamente seu caminho pelo espaço. A ideia foi ignorada, enterrada na agitação do novo século, e talvez tivesse permanecido ali se o astrônomo estoniano Ernst Öpik não a tivesse lembrado décadas depois.

O mecanismo, agora conhecido como efeito Yarkovsky, é um estudo sobre atraso térmico. À medida que um asteroide gira, sua superfície absorve radiação solar. Demora tempo para a rocha aquecer e tempo para ela esfriar — uma propriedade conhecida como thermal inertia. Isso significa que a parte mais quente do asteroide não é o ponto diretamente sob o sol do meio-dia, mas o lado da "tarde" que teve tempo de esquentar. À medida que este hemisfério quente gira para a escuridão do espaço, ele emite calor na forma de fótons infravermelhos.

Fótons carregam momento. Embora o impulso de um único fóton seja infinitesimal, a emissão anisotrópica — o fato de que o calor está se irradiando com mais intensidade em uma direção do que noutra — cria uma força líquida. É um motorzinho de foguete impulsionado por fótons que nunca para.

A Direção do Deslocamento

O impacto dessa força depende inteiramente de qual direção o asteroide está girando. Se o corpo é um rotador prográdico — girando na mesma direção de sua órbita — o lado da tarde aponta "para trás" em relação ao seu caminho orbital. O empuxo térmico resultante atua como um acelerador, impulsionando o asteroide para uma órbita mais elevada e aumentando seu semi-major axis. O objeto lentamente espiraliza-se para longe do Sol.

Por outro lado, um rotador retrógrado emite seu jato térmico na direção do seu movimento. Isso atua como um freio, roubando energia orbital e fazendo com que o asteroide espiralize-se para dentro. Para uma rocha do tamanho de Golevka, essa força é aproximadamente 0,25 newtons. Em escala humana, é a força necessária para segurar uma pequena maçã. Em escala celeste, aplicada ao longo de milhões de anos, é suficiente para mover um asteroide por milhares de quilômetros, eventualmente empurrando-o para ressonâncias gravitacionais que podem lançá-lo em direção ao Sistema Solar interno — e em direção à Terra.

Detecção e Defesa

Por um século, o efeito foi um fantasma matemático — necessário para explicar por que os meteoritos eram tão comuns, mas nunca visto em ação. Isso mudou em 2003, quando uma equipe liderada por Steven Chesley em JPL usou o Arecibo Observatory para rastrear Golevka. Comparando medições de radar feitas ao longo de doze anos, eles descobriram que o asteroide se desviou 15 quilômetros de seu caminho gravitacional previsto. O fantasma havia sido pego.

Hoje, o efeito Yarkovsky é uma variável crítica na defesa planetária. Quando os cientistas de NASA calcularam o risco de Apophis colidir com a Terra em 2068, a incerteza era quase inteiramente devido ao seu desvio térmico. Apenas após medições refinadas em 2021 é que o risco de impacto foi finalmente descartado. A missão OSIRIS-REx ao asteroide Bennu forneceu dados ainda mais granulares, revelando que a pilha de escombros de 500 metros está atualmente se deslocando 280 metros por ano devido ao calor do sol.

O que ainda não sabemos

Não sabemos a condutividade térmica exata da maioria dos interiores de asteroides. O efeito Yarkovsky é um fenômeno de superfície, mas como o calor penetra na "regolito" — a camada de poeira solta e rocha quebrada — altera a eficiência do motor térmico. Uma rocha sólida se comporta de forma diferente de uma "pilha de escombros" mantida unida por uma gravidade fraca.

Ainda não podemos prever a evolução de longo prazo da rotação de um asteroide. O efeito Yarkovsky está frequentemente acoplado ao efeito YORP, um fenômeno relacionado que pode acelerar ou desacelerar a rotação de um asteroide ao longo do tempo. Se a rotação muda, a direção do empuxo Yarkovsky muda, transformando uma espiral para fora em uma para dentro.

E não conhecemos o mapa completo de "albedo" da maioria dos objetos próximos à Terra. Manchas mais escuras de rocha absorvem mais calor do que as mais claras, criando vetores de impulso locais complexos que são quase impossíveis de modelar a partir de telescópios terrestres. Até que visitemos mais dessas rochas, nossos mapas do futuro permanecerão aproximações.

O Sol faz mais do que iluminar as rochas do nosso Sistema Solar. Ele molda suas órbitas, empurrando-as por um jogo de bilhar em escala lenta, onde a própria luz é a tacada.

إن قوة لا تُقدّر بِأكبر من وزن تفاحة حمراء واحدة تُدفِع حاليًا جبلًا من الصخور بطول نصف كيلومتر عبر الفراغ. هذا الدفع الهادئ الحراري، الذي اكتشفه مهندس سكك حديدية في القرن التاسع عشر، هو السبب في أن خريطة المدارات في النظام الشمسي لا تُكتمل أبدًا حقًا.

في عام 1901، نشر مهندس مدني بولندي-روسي يُدعى Ivan Yarkovsky منشورًا ممولًا ذاتيًا في سانت بطرسبرغ بعنوان *مشاكل خاصة في بنية الكون*. لم يكن ياركوفسكي أكاديميًا؛ فقد قضى أيامه في إدارة لوجستيات السكك الحديدية الروسية. اقترح منشوره أن مجرد فعل امتصاص جسم دوار وإعادة إشعاع ضوء الشمس يمكن أن يُغير مساره عبر الفضاء بشكل فعلي على مدد زمنية هائلة. تجاهلت الفكرة، وغُمرت في تيارات القرن الجديد، وقد بقيت هناك لو لم يذكرها الفلكي الإستوني إرنست أوبيك من الذاكرة بعد عقود.

الآلية، المعروفة الآن باسم تأثير ياركوفسكي، هي دراسة في التأخير الحراري. بينما يدور الكويكب، يمتص سطحه الإشعاع الشمسي. يأخذ الصخر وقتًا ليُسخن ويأخذ وقتًا ليبرد—خاصة تُعرف باسم thermal inertia. وهذا يعني أن الجزء الأدفأ من الكويكب ليس النقطة تحت شمس الظهر مباشرة، بل الجانب "المسائي" الذي تمكن من التسخين. بينما يدور هذا نصف الدافئ إلى الظلام الفضائي، فإنه يُشع الحرارة على شكل فوتونات تحت الحمراء.

تُحمل الفوتونات الزخم. بينما يكون دفع الفوتون الفردي بسيطًا جدًا، فإن الانبعاث غير المتماثل—حقيقة أن الحرارة تُشع بشكل أقوى في اتجاه واحد أكثر من الآخر—يخلق دفعًا صافيًا. إنه محرك صاروخي صغير يعمل بالفوتونات لا يتوقف أبدًا.

اتجاه الانحراف

يعتمد تأثير هذا الدفع بالكامل على اتجاه دوران الكويكب. إذا كان الجسم دوارًا في الاتجاه الموجب—يدور في الاتجاه نفسه الذي يدور فيه مداره—فإن الجانب المسائي يواجه "الخلف" بالنسبة لمداره. يعمل الدفع الحراري الناتج كمحرك، مما يُرفع الكويكب إلى مدار أعلى ويزيد من semi-major axis. يدور الجسم ببطء بعيدًا عن الشمس.

بالمقابل، يُطلق الدوار العكسي دفعه حرارية في اتجاه سفره. وهذا يعمل كفرامل، سرقة الطاقة المدارية مما يؤدي إلى دوران الكويكب نحو الداخل. بالنسبة لصخرة بحجم كيلومتر مثل Golevka، فإن هذه القوة حوالي 0.25 نيوتن. من الناحية الإنسانية، هذه القوة المطلوبة لحمل تفاحة صغيرة. من الناحية الفلكية، تُطبَّق على مدى ملايين السنين، فإنها كافية لتحريك الكويكب بآلاف الكيلومترات، مما يدفعه في النهاية إلى ترددات جاذبية يمكن أن تطلقه نحو النظام الشمسي الداخلي—وحتى نحو الأرض.

الكشف والدفاع

لمدة قرن، كان التأثير كيانًا رياضيًا مجهولًا—ضروريًا لشرح سبب شيوع الصخور المذنبة، لكن لم يُشاهد أبدًا. تغير هذا في عام 2003 عندما استخدم فريق بقيادة ستيفن تشيسلي في JPL Arecibo Observatory لتعقب كويكب "غوليفكا". بمقارنة قياسات الرادار التي أُخذت على مدى اثني عشر عامًا، وجدوا أن الكويكب انحرف 15 كيلومترًا عن مساره المداري المتوقع. فقد تم القبض على الكيان المجهول.

اليوم، أصبح تأثير ياركوفسكي متغيرًا حيويًا في الدفاع الكوكبي. عندما حسب علماء NASA خطر اصطدام Apophis بالأرض في عام 2068، فإن عدم اليقين كان تقريبًا كاملاً بسبب انحرافه الحراري. لم يُستبعد خطر الاصطدام إلا بعد قياسات مُحسَّنة في عام 2021. أظهر مهمة OSIRIS-REx إلى الكويكب Bennu بيانات أكثر تفصيلًا، مُظهرة أن كومة الصخور البالغة 500 متر تتحرك حاليًا بمعدل 280 مترًا سنويًا بسبب دفء الشمس.

ما لا نزال لا نعرفه

نحن لا نعرف التوصيل الحراري الدقيق لمعظم أنوية الكويكبات. إن تأثير ياركوفسكي هو ظاهرة سطحية، ولكن كيف ت Penetrate الحرارة إلى "الرمل"—الطبقة من الغبار الناعم والصخور المتكسرة—تُغيّر كفاءة محرك الحرارة. يتصرف الصخر الصلب بشكل مختلف عن "كومة الصخور" التي تُمسك بها الجاذبية الضعيفة.

لا نستطيع بعد التنبؤ بتطور دوران الكويكب على المدى الطويل. غالبًا ما يقترن تأثير ياركوفسكي بتأثير YORP، ظاهرة مترابطة يمكن أن تسرع أو تبطئ دوران الكويكب بمرور الوقت. إذا تغير الدوران، فإن اتجاه دفع ياركوفسكي يتغير، مما يحول الدوران الخارجي إلى داخلي.

ولا نعرف خريطة "الانعكاس" الكاملة لمعظم الأجسام القريبة من الأرض. تُمتص الصخور الداكنة الحرارة أكثر من الصخور الفاتحة، مما يخلق متجهات دفع محلية معقدة تكاد تكون مستحيلة التحديد من تلسكوبات الأرض. حتى نزور المزيد من هذه الصخور، فإن خرائط مستقبلنا ستظل تقديرات.

الشمس تفعل أكثر من إضاءة الصخور في نظامنا الشمسي. إنها تشكل مدارها، تدفعها عبر اللوحة في لعبة بلياردو بطيئة الحركة حيث يكون الضوء نفسه هو القطب.

Sebuah kekuatan yang tidak lebih kuat dari berat sebuah stroberi sedang mendorong setengah kilometer batu melewati ruang hampa. Dorongan termal yang tenang ini, yang ditemukan oleh seorang insinyur kereta api abad kesembilan belas, adalah alasan mengapa peta orbit Tata Surya tidak pernah benar-benar selesai.

Pada tahun 1901, seorang insinyur sipil Polandia-Rusia bernama Ivan Yarkovsky menerbitkan pamflet yang dibiayai sendiri di St. Petersburg dengan judul *Masalah Khusus Struktur Alam Semesta*. Yarkovsky bukan seorang akademisi; hari-harinya dihabiskan mengelola logistik jalur kereta api Rusia. Pamfletnya menyatakan bahwa tindakan sederhana suatu benda berputar yang menyerap dan memancarkan kembali sinar matahari bisa, dalam rentang waktu yang sangat lama, secara fisik mengubah jalur perjalanannya di ruang angkasa. Ide ini diabaikan, terkubur dalam dinamika abad baru, dan mungkin tetap begitu jika astronom Estonia Ernst Öpik tidak mengingatnya kembali dari memori belasan tahun kemudian.

Mekanisme ini, yang kini dikenal sebagai efek Yarkovsky, adalah studi tentang keterlambatan termal. Saat asteroid berputar, permukaannya menyerap radiasi matahari. Butuh waktu bagi batuan untuk memanas dan waktu bagi batuan tersebut untuk mendingin—sebuah sifat yang dikenal sebagai thermal inertia. Ini berarti bagian terhangat dari asteroid bukanlah titik yang berada tepat di bawah siang hari, tetapi sisi 'sore' yang telah sempat memanaskan. Saat belahan hangat ini berputar ke dalam kegelapan ruang angkasa, ia memancarkan panas dalam bentuk foton inframerah.

Foton membawa momentum. Meskipun dorongan dari satu foton sangat kecil, emisi anisotropik—fakta bahwa panas memancar lebih kuat ke satu arah daripada arah lain—menciptakan dorongan bersih. Ini adalah mesin roket kecil yang didorong oleh foton yang tidak pernah berhenti.

Arah Drift

Dampak dari dorongan ini sepenuhnya bergantung pada arah asteroid berputar. Jika benda tersebut adalah rotator prograde—berputar dalam arah yang sama dengan orbitnya—sisi sore menghadap ke 'belakang' relatif terhadap jalur orbitalnya. Dorongan termal yang dihasilkan bertindak sebagai akselerator, mendorong asteroid ke orbit yang lebih tinggi dan meningkatkan semi-major axis-nya. Objek secara perlahan berputar menjauh dari Matahari.

Sebaliknya, rotator retrograde memancarkan jet termal ke arah perjalanannya. Ini bertindak sebagai pengerem, mengambil energi orbital dan menyebabkan asteroid berputar ke dalam. Untuk batuan berukuran satu kilometer seperti Golevka, gaya ini sekitar 0,25 newton. Dalam skala manusia, ini adalah gaya yang diperlukan untuk memegang sebuah apel kecil. Dalam skala langit, diterapkan selama jutaan tahun, cukup untuk memindahkan asteroid sejauh ribuan kilometer, akhirnya mendorongnya ke resonansi gravitasi yang dapat melemparkannya ke sistem tata surya bagian dalam—dan ke Bumi.

Deteksi dan Pertahanan

Selama satu abad, efek ini adalah hantu matematis—diperlukan untuk menjelaskan mengapa meteorit sangat umum, tetapi tidak pernah terlihat dalam aksi. Hal ini berubah pada tahun 2003 ketika tim yang dipimpin oleh Steven Chesley di JPL menggunakan Arecibo Observatory untuk melacak Golevka. Dengan membandingkan pengukuran radar yang diambil selama dua belas tahun, mereka menemukan bahwa asteroid telah bergeser 15 kilometer dari jalur gravitasi yang diprediksi. Hantu itu tertangkap.

Hari ini, efek Yarkovsky adalah variabel kritis dalam pertahanan planet. Ketika para ilmuwan NASA menghitung risiko Apophis menghantam Bumi pada 2068, ketidakpastian hampir sepenuhnya disebabkan oleh drift termalnya. Baru setelah pengukuran yang lebih terperinci pada tahun 2021 risiko dampak akhirnya dapat dinyatakan tidak mungkin. Misi OSIRIS-REx ke asteroid Bennu memberikan data yang bahkan lebih terperinci, mengungkapkan bahwa tumpukan batuan 500 meter saat ini bergeser sejauh 280 meter per tahun karena kehangatan matahari.

Apa yang Masih Kita Tidak Tahu

Kita tidak tahu secara pasti konduktivitas termal interior kebanyakan asteroid. Efek Yarkovsky adalah fenomena yang terjadi di permukaan, tetapi cara panas menembus lapisan 'regolith'—lapisan debu dan batuan retak—mengubah efisiensi mesin termal ini. Batuan padat berperilaku berbeda dari 'tumpukan batuan' yang diikat oleh gravitasi lemah.

Kita belum bisa memprediksi evolusi jangka panjang rotasi asteroid. Efek Yarkovsky sering terkait dengan efek YORP, fenomena terkait lainnya yang dapat mempercepat atau memperlambat rotasi asteroid seiring waktu. Jika rotasi berubah, arah dorongan Yarkovsky berubah, mengubah spiral ke luar menjadi spiral ke dalam.

Dan kita tidak tahu peta 'albedo' lengkap dari kebanyakan objek di sekitar Bumi. Noda gelap pada batuan menyerap lebih banyak panas daripada yang terang, menciptakan vektor dorong lokal yang kompleks yang hampir mustahil dimodelkan dari teleskop berbasis Bumi. Hingga kita mengunjungi lebih banyak batuan ini, peta masa depan kita tetap hanya perkiraan.

Matahari tidak hanya menerangi batuan tata surya kita. Ia membentuk orbit mereka, mendorongnya di papan catur permainan bilyar bergerak lambat di mana cahaya itu sendiri adalah tongkat pukulnya.

重さが一つのイチゴに過ぎない力が、現在、半キロメートルもの岩山を虚空に押し進めている。この静かな熱的な押しだきは、19世紀の鉄道技術者が発見したもので、太陽系の軌道図が決して完全には終わらないという所以である。

1901年、ポーランド人ロシア人の土木技師であるIvan Yarkovskyは、自費でペテルブルクで『宇宙構造の特殊問題』というパンフレットを出版した。ヤルコフスキーは学術的な立場にいなかった。彼の日々はロシア鉄道の物流を管理する仕事に費やされていた。そのパンフレットは、回転する物体が単純に太陽光を吸収し再放射するという行為が、広大な時間スパンで空間を通過するその軌道を物理的に変える可能性を提案していた。このアイデアは無視され、新たな世紀の混沌に埋もれ、もしエストニア人の天文学者エルンスト・オピクが何十年も後にこれを記憶から思い出していなければ、そこで終わっていたかもしれない。

このメカニズムは現在、ヤルコフスキー効果として知られている。これは熱的遅れに関する研究である。小惑星が回転するにつれて、その表面は太陽光を吸収する。岩が温まるのに時間がかかり、また冷めるのにも時間がかかる—この性質はthermal inertiaと呼ばれる。これは、小惑星で最も温かい部分が正午の太陽の直下の点ではなく、ある程度加熱された「午後」側の部分であることを意味する。この温かい半球が宇宙の暗闇に回転するにつれて、赤外線の光子の形で熱を放射する。

光子は運動量を持っている。一つの光子からの推力は無限に小さいが、異方的な放射—つまり、熱が一方の方向よりももう一方の方向に強く放射されているという事実—により、純粋な推力が生まれる。これは、いつまでも停止しない、微小ながら光子で動くロケットエンジンのようなものである。

運動の方向

この推力の影響は、小惑星がどの方向に回転しているかに完全に依存している。もし物体が前進回転—つまり、その軌道と同じ方向に回転している—ならば、午後の側はその軌道の進行方向に対して「後ろ」を向いている。その結果生じる熱的な推力は加速となり、小惑星をより高い軌道に押し上げ、そのsemi-major axisを増加させる。その物体はゆっくりと太陽から遠ざかってゆく。

逆に、逆行回転する小惑星はその熱的なジェットを進行方向に放射する。これはブレーキとなり、軌道エネルギーを盗み、小惑星を内側へと螺旋状に進ませる。Golevkaのような1キロメートルほどの岩では、この力はおおよそ0.25ニュートンである。人間の尺度では、小さなリンゴを支えるために必要な力に等しい。しかし、天文学的なスケールでは、数百万年という長期間にわたって作用されれば、数千キロメートル小惑星を移動させるに十分であり、やがて重力共鳴に押し寄せられ、太陽系内側、そして地球へと投げ出すことになる。

認識と防御

1世紀にわたって、この効果は数学的な幽霊であり続けた—隕石がなぜこれほど多く存在するのかを説明するために必要だったが、実際に観測されたことはなかった。その状況は2003年に変化した。JPLのスティーブン・チェスリー率いるチームは、Arecibo Observatoryを用いてゴレヴカを追跡した。12年間にわたるレーダー測定を比較した結果、その小惑星は予測された重力軌道から15キロメートルずれていた。幽霊は捕らえられた。

今日では、ヤルコフスキー効果は惑星防御において重要な変数となっている。NASAの科学者たちがApophisが2068年に地球に衝突するリスクを計算したとき、その不確実性はほぼすべて熱的漂流によるものだった。2021年に精密な測定が行われた後でなければ、衝突リスクは最終的に排除されなかったかもしれない。OSIRIS-RExによるBennuへのミッションは、さらに詳細なデータをもたらし、500メートルほどの岩の集まりであるこの小惑星が現在、太陽の温かさによって毎年280メートルずつ漂流していることを明らかにした。

まだ知らないこと

私たちは、ほとんどの小惑星内部の正確な熱伝導率を知らない。ヤルコフスキー効果は表面に起因する現象だが、熱が「風化層」—つまり緩い塵と破片で構成された層—にどの程度浸透するかによって、熱エンジンの効率が変わる。固体の岩は、弱い重力でつながっている「岩の集まり」とは異なる挙動を示す。

私たちは、小惑星の回転の長期的な進化をまだ予測できない。ヤルコフスキー効果はしばしばYORP効果と結びついている。これは関連する現象で、時間の経過とともに小惑星の回転を速めたり遅めたりする可能性がある。もし回転が変化すれば、ヤルコフスキーの推力の方向も変化し、外側への螺旋が内側へのものに変わる。

そして、私たちは、近地球天体の完全な「反射率」地図を知らない。暗い岩の斑点は明るいものよりも多くの熱を吸収し、複雑で局所的な推力ベクトルを生み出すが、これは地球の望遠鏡からではほぼモデル化不可能である。これらの岩に実際に訪れるまでは、未来の地図は近似に過ぎない。

太陽は単に太陽系の岩を照らしているだけでなく、それらの軌道を彫り出している。光そのものがクッションとなり、ゆっくりと進行するビリヤードのゲームにおいて、岩を盤面の上を押し進めているのである。

Une force pas plus puissante que le poids d'une seule fraise pousse actuellement une montagne de roche d'un demi-kilomètre à travers le vide. Cette poussée silencieuse, thermique, découverte par un ingénieur ferroviaire du dix-neuvième siècle, est la raison pour laquelle la carte orbitale du Système solaire n'est jamais véritablement achevée.

En 1901, un ingénieur civil polonais-russe nommé Ivan Yarkovsky a publié un tract autofinancé à Saint-Pétersbourg intitulé *Problèmes spéciaux de la structure de l'Univers*. Yarkovsky n'était pas un académique ; ses journées étaient consacrées à la gestion des logistiques des chemins de fer russes. Son tract suggérait que l'acte simple d'un corps en rotation absorbant et réémettant la lumière du soleil pouvait, sur des durées immenses, modifier physiquement sa trajectoire à travers l'espace. L'idée a été ignorée, ensevelie dans le tourbillon du nouveau siècle, et aurait pu y rester si l'astronome estonien Ernst Öpik n'en avait pas rappelé le contenu de mémoire des décennies plus tard.

Le mécanisme, désormais connu sous le nom d'effet Yarkovsky, est une étude de la latence thermique. À mesure qu'un astéroïde tourne, sa surface absorbe le rayonnement solaire. Il faut du temps pour que la roche se réchauffe et du temps pour qu'elle se refroidisse — une propriété appelée thermal inertia. Cela signifie que la partie la plus chaude de l'astéroïde n'est pas le point directement sous le soleil du milieu du jour, mais le côté « d'après-midi » qui a eu le temps de chauffer. À mesure que cet hémisphère chaud tourne vers l'obscurité de l'espace, il rayonne de la chaleur sous forme de photons infrarouges.

Les photons portent de la quantité de mouvement. Bien que la poussée d'un seul photon soit infime, l'émission anisotrope — le fait que la chaleur soit rayonnée plus fortement dans une direction que dans une autre — crée une poussée nette. C'est un petit moteur-fusée à base de photons qui ne s'arrête jamais.

La direction du déplacement

L'impact de cette poussée dépend entièrement de la direction dans laquelle l'astéroïde tourne. Si le corps est un rotateur prograde — tournant dans le même sens que son orbite — le côté d'après-midi fait face « vers l'arrière » par rapport à son orbite. La poussée thermique résultante agit comme un accélérateur, propulsant l'astéroïde vers une orbite plus haute et augmentant sa semi-major axis. L'objet se met lentement à spiraler loin du Soleil.

Inversement, un rotateur rétrograde émet son jet thermique dans la direction de son déplacement. Cela agit comme un frein, volant de l'énergie orbitale et causant à l'astéroïde de spiraler vers l'intérieur. Pour une roche de taille kilométrique comme Golevka, cette force est d'environ 0,25 newtons. À l'échelle humaine, c'est la force nécessaire pour tenir un petit pomme. À l'échelle céleste, appliquée sur des millions d'années, c'est suffisant pour déplacer un astéroïde de plusieurs milliers de kilomètres, finissant par le pousser vers des résonances gravitationnelles capables de le projeter vers le système solaire interne — et vers la Terre.

Détecter et se défendre

Pendant un siècle, l'effet était un fantôme mathématique — nécessaire pour expliquer pourquoi les météorites étaient si nombreuses, mais jamais observé en action. Cela a changé en 2003 lorsque l'équipe menée par Steven Chesley à JPL a utilisé le Arecibo Observatory pour suivre Golevka. En comparant des mesures radar prises sur une période de douze ans, ils ont découvert que l'astéroïde s'était déplacé de 15 kilomètres par rapport à sa trajectoire gravitationnelle prédite. Le fantôme avait été capturé.

Aujourd'hui, l'effet Yarkovsky est une variable critique dans la défense planétaire. Quand les scientifiques de NASA ont calculé le risque que Apophis entre en collision avec la Terre en 2068, l'incertitude était presque entièrement due à son dérive thermique. Ce n'est qu'après des mesures raffinées en 2021 que le risque d'impact a enfin été écarté. La mission OSIRIS-REx vers l'astéroïde Bennu a fourni des données encore plus précises, révélant que la pile de débris de 500 mètres est actuellement en dérive de 280 mètres par an en raison de la chaleur du soleil.

Ce que nous ne savons toujours pas

Nous ne connaissons pas exactement la conductivité thermique de la plupart des intérieurs d'astéroïdes. L'effet Yarkovsky est un phénomène à la surface, mais la façon dont la chaleur pénètre dans le « régolithe » — la couche de poussière et de roches brisées — modifie l'efficacité du moteur thermique. Une roche solide se comporte différemment d'une « pile de débris » maintenue par une gravité faible.

Nous ne pouvons pas encore prédire l'évolution à long terme de la rotation d'un astéroïde. L'effet Yarkovsky est souvent couplé à l'effet YORP, un phénomène connexe qui peut accélérer ou ralentir la rotation d'un astéroïde au fil du temps. Si la rotation change, la direction de la poussée Yarkovsky change, transformant une spirale vers l'extérieur en une spirale vers l'intérieur.

Et nous ne connaissons pas encore la carte complète de l'« albédo » de la plupart des objets proches de la Terre. Les zones plus sombres des roches absorbent plus de chaleur que les zones plus claires, créant des vecteurs de poussée locaux complexes qui sont presque impossibles à modéliser depuis des télescopes terrestres. Jusqu'à ce que nous visitons plus de ces rochers, nos cartes du futur restent des approximations.

Le Soleil fait plus que d'éclairer les roches de notre système solaire. Il façonne leurs orbites, les poussant à travers le jeu lent de billard où la lumière elle-même est le marteau.

Eine Kraft, nicht stärker als das Gewicht einer einzelnen Erdbeere, schiebt im Moment einen halb Kilometer hohen Berg aus Gestein durch das Nichts. Dieses stille, thermische Stoßgebet, entdeckt von einem Eisenbahningenieur des neunzehnten Jahrhunderts, ist der Grund dafür, dass die Umlaufkarten des Sonnensystems niemals wirklich vollständig sind.

1901 veröffentlichte ein polnisch-russischer Bauingenieur namens Ivan Yarkovsky in Sankt Petersburg eine selbst finanzierte Broschüre mit dem Titel *Spezielle Probleme der Struktur des Universums*. Yarkovsky war kein Akademiker; seine Tage verbrachte er damit, die Logistik der russischen Eisenbahnen zu verwalten. Seine Broschüre stellte die Idee vor, dass die einfache Handlung, dass ein rotierender Körper Sonnenlicht absorbiert und wiederausstrahlt, im Laufe riesiger Zeitspannen die Bahn des Körpers durch den Raum physisch verändern könnte. Die Idee wurde ignoriert, in den Wirbeln des neuen Jahrhunderts begraben und wäre dort geblieben, wenn der estnische Astronom Ernst Öpik sie nicht Jahrzehnte später aus dem Gedächtnis wiederentdeckt hätte.

Der Mechanismus, heute als Yarkovsky-Effekt bekannt, ist ein Studium der thermischen Verzögerung. Während ein Asteroid rotiert, nimmt seine Oberfläche Sonnenstrahlung auf. Es dauert Zeit, bis das Gestein aufheizt, und es dauert Zeit, bis es abkühlt – eine Eigenschaft, die als thermal inertia bezeichnet wird. Das bedeutet, dass die wärmste Stelle des Asteroiden nicht der Punkt direkt unter der Mittagssonne ist, sondern die „Nachmittags“-Seite, die Zeit hatte, sich aufzuheizen. Wenn diese warme Hemisphäre in die Dunkelheit des Raumes rotiert, strahlt sie Wärme in Form von Infrarot-Photonen ab.

Photonen tragen Impuls. Obwohl der Stoß eines einzelnen Photons unendlich gering ist, erzeugt die anisotrope Abstrahlung – die Tatsache, dass die Wärme stärker in eine Richtung als in eine andere abgestrahlt wird – eine resultierende Schubkraft. Es ist eine winzige, durch Photonen angetriebene Raketenbatterie, die niemals ausgeschaltet wird.

Die Richtung der Drift

Der Einfluss dieser Schubkraft hängt ausschließlich davon ab, in welche Richtung der Asteroid sich dreht. Wenn der Körper ein prograd rotierender Körper ist – sich also in dieselbe Richtung dreht wie seine Umlaufbahn –, zeigt die Nachmittagsseite relativ zu seiner Umlaufbahn „rückwärts“. Der daraus resultierende thermische Stoß wirkt als Beschleunigung, hebt den Asteroiden in eine höhere Umlaufbahn und erhöht seine semi-major axis. Das Objekt spiraliert langsam von der Sonne weg.

Umgekehrt sendet ein retrograd rotierender Körper seinen thermischen Schub in Richtung seiner Bewegung ab. Dies wirkt als Bremse, raubt Umlaufenergie und veranlasst den Asteroiden, nach innen zu spiralen. Bei einem kilometergroßen Felsbrocken wie Golevka beträgt diese Kraft etwa 0,25 Newton. Auf menschlicher Ebene ist das die Kraft, die nötig ist, um eine kleine Apfel zu halten. Auf kosmischer Ebene, angewandt über Millionen von Jahren, ist das ausreichend, um einen Asteroiden um Tausende von Kilometern zu verschieben und ihn schließlich in Gravitationsresonanzen zu schieben, die ihn in Richtung des inneren Sonnensystems – und damit in Richtung der Erde – katapultieren können.

Nachweis und Verteidigung

Für ein Jahrhundert blieb der Effekt ein mathematischer Geist – notwendig, um zu erklären, warum Meteoriten so verbreitet sind, aber nie in Aktion beobachtet. Das änderte sich 2003, als ein Team unter der Leitung von Steven Chesley bei JPL die Arecibo Observatory verwendete, um Golevka zu verfolgen. Durch den Vergleich von Radar-Messungen, die über zwölf Jahre hinweg durchgeführt wurden, stellten sie fest, dass sich der Asteroid um 15 Kilometer von seiner vorhergesagten gravitativen Bahn verschoben hatte. Der Geist war gefangen worden.

Heute ist der Yarkovsky-Effekt eine kritische Variable in der planetaren Verteidigung. Als NASA-Wissenschaftler das Risiko berechneten, dass Apophis die Erde im Jahr 2068 treffen könnte, lag fast die gesamte Unsicherheit aufgrund seiner thermischen Drift. Erst nach präziseren Messungen im Jahr 2021 wurde das Einschlagrisiko endgültig ausgeschlossen. Die OSIRIS-REx-Mission zum Asteroiden Bennu lieferte sogar noch detailliertere Daten, wobei sich herausstellte, dass der 500 Meter große Geröllhaufen sich derzeit aufgrund der Wärme der Sonne um 280 Meter pro Jahr verschiebt.

Was wir immer noch nicht wissen

Wir wissen nicht die genaue Wärmeleitfähigkeit der meisten Asteroidenkerne. Der Yarkovsky-Effekt ist ein phänomen, das von der Oberfläche angetrieben wird, aber wie sich die Wärme in die „Regolith“-Schicht – die Schicht aus loseem Staub und gebrochenem Gestein – ausbreitet, verändert die Effizienz des thermischen Motors. Ein fester Fels verhält sich anders als ein „Geröllhaufen“, der durch schwache Schwerkraft zusammengehalten wird.

Wir können die langfristige Entwicklung der Rotation eines Asteroiden noch nicht vorhersagen. Der Yarkovsky-Effekt ist oft mit dem YORP-Effekt verbunden, einem verwandten Phänomen, das im Laufe der Zeit die Rotation eines Asteroiden beschleunigen oder verlangsamen kann. Wenn sich die Rotation ändert, ändert sich auch die Richtung des Yarkovsky-Stoßes, wodurch eine nach außen gerichtete Spirale in eine nach innen gerichtete umgewandelt wird.

Und wir kennen die vollständige „Albedo“-Karte der meisten Erdnäherobjekte nicht. Dunklere Felsstellen absorbieren mehr Wärme als hellere, was komplexe, lokale Schubvektoren erzeugt, die fast unmöglich von Erdbasierten Teleskopen modelliert werden können. Bis wir mehr dieser Felsen besuchen, bleiben unsere Karten der Zukunft Näherungen.

Die Sonne leistet mehr, als nur die Felsen unseres Sonnensystems zu erhellen. Sie formt ihre Bahnen, schiebt sie über das Brett in einem langsamen Billard-Spiel, bei dem das Licht selbst der Queue ist.

Сила, не превышающая веса одной клубники, в данный момент толкает сквозь пустоту полкилометровый холм камней. Это тихое, термическое подталкивание, обнаруженное инженером-железнодорожником XIX века, является причиной того, что карта орбит Солнечной системы никогда не бывает действительно завершённой.

В 1901 году польско-русский инженер-строитель под названием Ivan Yarkovsky опубликовал в Санкт-Петербурге самиздатовский буклет под названием «Специальные проблемы структуры Вселенной». Ярковский не был академиком; его дни проходили в управлении логистикой железных дорог России. Его буклет предполагал, что простой акт вращающегося тела, поглощающего и перераспределяющего солнечный свет, может, со временем, физически изменить его путь в космосе. Идея была проигнорирована, погребена в потоке событий нового века, и могла бы остаться там, если бы эстонский астроном Эрнст Опик не вспомнил её через десятилетия.

Этот механизм, теперь известный как эффект Ярковского, является изучением тепловой задержки. При вращении астероида его поверхность поглощает солнечное излучение. Камню требуется время, чтобы нагреться, и время, чтобы остыть — свойство, известное как thermal inertia. Это означает, что самая тёплая часть астероида — это не точка, находящаяся прямо под полуденным солнцем, а «послеполуденная» сторона, которая успела «запечься». По мере того, как эта тёплая полусфера вращается в тень космоса, она излучает тепло в виде инфракрасных фотонов.

Фотоны несут импульс. Хотя толчок от одного фотона чрезвычайно мал, анизотропное излучение — тот факт, что тепло излучается сильнее в одном направлении, чем в другом — создаёт чистый толчок. Это крошечный, работающий на фотоны двигатель, который никогда не выключается.

Направление дрейфа

Влияние этого толчка зависит исключительно от того, в каком направлении вращается астероид. Если тело является прямым вращателем — вращается в том же направлении, что и его орбита — то «послеполуденная» сторона направлена «назад» относительно его орбитального пути. Результирующий тепловой толчок действует как ускоритель, подбрасывая астероид на более высокую орбиту и увеличивая его semi-major axis. Объект медленно удаляется от Солнца.

Напротив, ретроградный вращатель излучает свой тепловой поток в направлении своего движения. Это действует как тормоз, украдкой забирая орбитальную энергию и заставляя астероид вращаться внутрь. Для камня размером в километр, такого как Golevka, эта сила составляет около 0,25 ньютонов. По человеческим меркам, это сила, необходимая для удержания небольшого яблока. По космическим меркам, применённая в течение миллионов лет, это достаточно, чтобы сдвинуть астероид на тысячи километров, в конечном итоге подтолкнув его в гравитационные резонансы, которые могут швырнуть его в сторону внутренней Солнечной системы — и в сторону Земли.

Обнаружение и защита

В течение столетия эффект был математическим призраком — необходимым для объяснения того, почему метеориты были настолько распространены, но никогда не наблюдался в действии. Это изменилось в 2003 году, когда команда под руководством Стивена Чесли в JPL использовала Arecibo Observatory для отслеживания Голевки. Сравнивая радиолокационные измерения, сделанные за двенадцать лет, они обнаружили, что астероид сместился на 15 километров от своего прогнозируемого гравитационного пути. Призрак был пойман.

Сегодня эффект Ярковского — это критическая переменная в планетарной защите. Когда учёные NASA рассчитывали риск столкновения Apophis с Землёй в 2068 году, неопределённость была почти полностью обусловлена его тепловым дрейфом. Только после уточнённых измерений в 2021 году риск столкновения, наконец, был исключён. Миссия OSIRIS-REx к астероиду Bennu предоставила ещё более детализированные данные, показав, что космический хлам размером в 500 метров сейчас дрейфует со скоростью 280 метров в год из-за тепла Солнца.

То, чего мы всё ещё не знаем

Мы не знаем точной теплопроводности большинства внутренностей астероидов. Эффект Ярковского — это поверхностное явление, но то, как тепло проникает в «реголит» — слой рыхкой пыли и раздроблённого камня — меняет эффективность теплового двигателя. Твёрдый камень ведёт себя иначе, чем «кучка обломков», удерживаемая слабой гравитацией.

Мы ещё не можем предсказать долгосрочную эволюцию вращения астероида. Эффект Ярковского часто связан с эффектом YORP, связанным явлением, которое может ускорить или замедлить вращение астероида со временем. Если вращение меняется, меняется и направление толчка Ярковского, превращая внешнюю спираль во внутреннюю.

И мы не знаем полной «альбедо»-карты большинства околоземных объектов. Темные участки камней поглощают больше тепла, чем светлые, создавая сложные, локальные векторы толчка, которые почти невозможно смоделировать с наземных телескопов. Пока мы не посетим большинство этих камней, наши карты будущего останутся приблизительными.

Солнце делает больше, чем освещает камни нашей Солнечной системы. Оно формирует их орбиты, толкая их по доске в медленной игре в бильярд, где сама свет — это кий.

단 한 개의 딸기 무게만큼의 힘도 되지 않는 어떤 힘이 지금 이순간, 반킬로미터 크기의 암석 산을 우주 공간을 통해 밀어내고 있다. 이 소음 없는 열적 밀어내기 작용은 19세기의 철도 공학자에 의해 발견되었으며, 이로 인해 태양계의 궤도 지도는 결코 완성될 수 없는 것이다.

1901년, 폴란드-러시아의 건설 엔지니어인 Ivan Yarkovsky은 자비로 세인트피터스부르크에서 『우주의 구조에 관한 특별한 문제』라는 제목의 소책자를 출판했다. 야르코프스키는 학문의 세계에 속한 인물이 아니었다. 그는 하루를 러시아 철도의 물류 관리를 보내며 보냈다. 그의 소책자는 회전하는 물체가 태양빛을 흡수하고 다시 방출하는 단순한 행위가, 방대한 시간의 흐름을 거치면서 공간 속에서 그 물체의 경로를 물리적으로 변화시킬 수 있다는 주장을 담고 있었다. 이 아이디어는 무시당했고, 새 세기의 혼란 속에서 묻히고 말았다. 이 아이디어가 다시 부활하지 않았다면, 수십 년 후 에스토니아의 천문학자 에른스트 오피크가 기억 속에서 떠올리지 않았다면, 아마도 영원히 묻혀 있었을 것이다.

이 메커니즘은 지금은 야르코프스키 효과(Yarkovsky effect)로 알려져 있으며, 열 지연(thermal lag)을 연구하는 핵심 주제이다. 소행성이 회전하면서 그 표면은 태양 복사선을 흡수한다. 바위가 가열되고 냉각되는 데는 시간이 걸리는데, 이는 thermal inertia라고 불리는 특성이다. 이는 소행성에서 가장 따뜻한 부분이 바로 정오의 태양 바로 아래 있는 지점이 아니라, 시간이 지나 태양에 의해 구워진 '오후' 쪽의 지점이라는 것을 의미한다. 이 따뜻한 반구가 우주 공간의 어둠 속으로 회전할 때, 적외선 광자를 형태로 열을 방출한다.

광자는 운동량을 지닌다. 하나의 광자로부터 받는 밀어내는 힘은 미세하기 그지 없지만, 방사가 비대칭적이라는 사실—즉, 열이 한 방향보다 다른 방향에서 더 강하게 방출된다는 사실—은 순수한 힘을 만들어낸다. 이는 끝내 끄지 않는 미세한 광자 추진 엔진과 같다.

이동의 방향

이 밀어내는 힘의 영향은 소행성이 회전하는 방향에 완전히 달려 있다. 만약 물체가 전향 회전(prograde rotation)을 하고 있다면—즉, 궤도와 같은 방향으로 회전한다면—오후 쪽의 면은 궤도 경로에 대해 '뒤쪽'을 향한다. 이로 인한 열적 밀어내는 힘은 가속기 역할을 하여, 소행성을 더 높은 궤도로 띄우고 그 semi-major axis를 증가시킨다. 물체는 천천히 태양에서 멀어지는 나선 궤도를 그리게 된다.

반대로, 역향 회전(retrograde rotation)을 하는 물체는 그 열 방사가 이동 방향으로 방출된다. 이는 제동 장치 역할을 하여, 궤도 에너지를 빼앗아 소행성을 안쪽으로 끌어당기는 나선 궤도를 만든다. 1km 크기의 돌인 Golevka의 경우, 이 힘은 약 0.25 뉴턴이다. 인간의 기준으로는 작은 사과를 들고 있는 데 필요한 힘과 비슷하다. 천체의 기준으로는, 수백만 년 동안 작용하면 수천 킬로미터나 소행성을 이동시킬 만한 힘이다. 결국 이는 중력 공명으로 이어져, 내부 태양계—지구를 향한 궤도로 이동시킬 수 있다.

탐지와 방어

100년 동안 이 효과는 수학적 유령이었다—왜 유성들이 그렇게 흔한지 설명하기 위해 필요했던 것이지만, 실제로 관측된 적은 없었다. 이 상황은 2003년, JPL의 스티븐 체슬리가 이끄는 팀이 Arecibo Observatory를 사용하여 골레프카(Golevka)를 추적하면서 바뀌었다. 12년 간의 레이더 측정치를 비교한 결과, 그 소행성은 예측된 중력 궤도에서 15km나 벗어난 것을 발견했다. 유령이 들통 났다.

오늘날 야르코프스키 효과는 행성 방어에서 필수적인 변수이다. NASA의 과학자들이 Apophis이 2068년에 지구에 부딪힐 가능성에 대해 계산했을 때, 불확실성의 대부분은 이 열 이동 때문이었다. 2021년 정밀한 측정이 이루어지기 전까지는 충돌 위험을 완전히 배제할 수 없었다. OSIRIS-REx의 Bennu 소행성 탐사 미션은 더 세부적인 데이터를 제공하여, 현재 500m 크기의 흩어진 돌 무더기인 이 소행성이 태양의 온기로 인해 매년 280m씩 이동하고 있음을 밝혀냈다.

여전히 알지 못하는 것들

우리는 대부분의 소행성 내부의 열 전도도를 정확히 모른다. 야르코프스키 효과는 표면에 의존하는 현상이지만, 열이 '표토층'(regolith)—즉, 느슨한 먼지와 깨진 바위의 층—속으로 어떻게 침투하는지가 열 엔진의 효율을 바꾼다. 단단한 바위는 약한 중력으로 연결된 '돌 무더기'와는 다르게 작용한다.

우리는 아직 소행성의 회전이 장기적으로 어떻게 진화할지 예측할 수 없다. 야르코프스키 효과는 종종 YORP 효과와 결합되는데, 이는 관련된 현상으로 시간이 지나면서 소행성의 회전을 가속하거나 느리게 할 수 있다. 회전이 바뀌면 야르코프스키 효과의 방향도 바뀌어, 외부로 퍼지는 나선 궤도가 내부로 향하는 궤도로 바뀐다.

또한 우리는 대부분의 근지구 천체의 완전한 '반사율' 지도를 보유하고 있지 않다. 더 어두운 돌 조각은 더 밝은 돌 조각보다 더 많은 열을 흡수하여, 복잡한 지역별 밀어내는 벡터를 생성한다. 이는 지구 기반의 망원경으로는 거의 모델링이 불가능하다. 이 돌들을 더 많이 방문할 때까지, 우리는 미래에 대한 지도를 근사치로만 그릴 수 있다.

태양은 우리 태양계의 돌들을 비추는 것 이상의 일을 한다. 그것은 그 돌들의 궤도를 조각내며, 빛 자체가 큐 역할을 하는 천천히 펼쳐지는 빌리어드 게임에서 그들을 보드 위를 이동시키는 것이다.

एक बल जो एक तरबूज के भार से भी कमजोर है, अभी एक आधा किलोमीटर चट्टान के पहाड़ को खाली स्थान में धकेल रहा है। यह शांत, तापीय धक्का, जिसे एक उन्नीसवीं शताब्दी के रेलवे इंजीनियर द्वारा खोजा गया था, सौर मंडल के कक्षीय मानचित्र के कभी पूरा नहीं होने का कारण है।

1901 में, एक पोलिश-रूसी नागरिक इंजीनियर, Ivan Yarkovsky ने सेंट पीटर्सबर्ग में एक स्वयं-संचालित पुस्तिका प्रकाशित की, जिसका शीर्षक *विशेष समस्याएँ ब्रह्मांड की संरचना की* था। यार्कोव्स्की एक शैक्षिक व्यक्ति नहीं थे; उनके दिन रूसी रेलवे के लॉजिस्टिक्स के प्रबंधन में बीत जाते थे। उनकी पुस्तिका सुझाव देती थी कि घूर्णन वस्तु द्वारा सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करने और पुनः उत्सर्जित करने का सरल कार्य, बहुत बड़े समय के अंतराल में, अंतरिक्ष में उसके मार्ग को भौतिक रूप से बदल सकता है। यह विचार उपेक्षित हो गया, नवीन शताब्दी के घुमावदार बदलाव में दफन हो गया, और यह वैसे ही रह सकता था अगर एस्टोनियाई खगोलशास्त्री एर्न्स्ट ओपिक द्वारा दशकों बाद इसे स्मृति से याद न किया गया होता।

अब इस यंत्र को यार्कोव्स्की प्रभाव के नाम से जाना जाता है, जो एक तापमानीय विलंब का अध्ययन है। जैसे-जैसे एक उल्का पिंड घूर्णन करता है, इसकी सतह सौर विकिरण को अवशोषित करती है। पत्थर को गर्म होने में समय लगता है और ठंडा होने में भी समय लगता है—एक गुण के रूप में जिसे thermal inertia कहा जाता है। इसका अर्थ है कि उल्का पिंड का सबसे गर्म हिस्सा सीधे उच्च दोपहर के सूर्य के नीचे नहीं होता, बल्कि वह 'दोपहर के बाद' की ओर होता है, जिसमें धीरे-धीरे गर्मी हो चुकी होती है। जैसे-जैसे यह गर्म अर्धगोला अंतरिक्ष की अंधेरे में घूमता है, यह इंफ्रारेड फोटॉन्स के रूप में ऊष्मा उत्सर्जित करता है।

फोटॉन्स संवेग ले जाते हैं। एकल फोटॉन से लगने वाला धक्का अत्यंत नगण्य होता है, लेकिन असमान उत्सर्जन—यह तथ्य कि ऊष्मा एक दिशा से अधिक दूसरी दिशा में उत्सर्जित हो रही है—एक शुद्ध धक्का उत्पन्न करता है। यह एक बहुत छोटा, फोटॉन चालित रॉकेट इंजन है जो कभी भी बंद नहीं होता।

ड्रिफ्ट की दिशा

इस धक्के का प्रभाव पूरी तरह से इस बात पर निर्भर करता है कि उल्का पिंड किस दिशा में घूम रहा है। यदि वस्तु एक प्रोग्रेड घूर्णक है—अपनी कक्षा की दिशा में घूम रही है—तो दोपहर के बाद की ओर उसकी ओर उसकी कक्षा के पथ के संबंध में 'पीछे' की ओर होती है। परिणामी तापीय धक्का एक त्वरक के रूप में कार्य करता है, जो उल्का पिंड को एक ऊँची कक्षा में उठाता है और इसका semi-major axis बढ़ाता है। वस्तु धीरे-धीरे सूर्य से दूर घूमती है।

विपरीत, एक रिट्रोग्रेड घूर्णक अपनी यात्रा की दिशा में अपना तापीय जेट उत्सर्जित करता है। यह एक ब्रेक के रूप में कार्य करता है, कक्षीय ऊर्जा चोरी करता है और उल्का पिंड को घूमते हुए अंदर की ओर धकेलता है। 1 किलोमीटर आकार के पत्थर जैसे Golevka के लिए, यह बल लगभग 0.25 न्यूटन है। मनुष्य के मापदंडों के अनुसार, यह एक छोटे से सेब को पकड़ने के लिए आवश्यक बल है। आकाशीय मापदंडों के अनुसार, लाखों वर्षों के दौरान लगाया गया, यह उल्का पिंड को हजारों किलोमीटर तक धकेलने में पर्याप्त है, अंततः गुरुत्वाकर्षण अनुनाद में धकेल देता है जो इसे आंतरिक सौर मंडल की ओर और पृथ्वी की ओर फेंक सकता है।

पहचान और रक्षा

एक शताब्दी तक, यह प्रभाव एक गणितीय भूत रहा—मेटीओराइट्स की बहुतायत को समझाने के लिए आवश्यक, लेकिन कभी भी कार्य में नहीं देखा गया। यह 2003 में बदल गया जब स्टीवन चेसले के नेतृत्व में JPL की एक टीम ने Arecibo Observatory का उपयोग करके गोलेव्का का ट्रैक किया। बारह सालों में लिए गए राडार मापों की तुलना करके, उन्होंने पाया कि उल्का पिंड अपने गुरुत्वाकर्षण मार्ग से 15 किलोमीटर तक ड्रिफ्ट कर गया है। भूत को पकड़ लिया गया।

आज, यार्कोव्स्की प्रभाव ग्रहीय रक्षा में एक महत्वपूर्ण चर है। जब NASA के वैज्ञानिकों ने Apophis के पृथ्वी में टकराने के जोखिम की गणना 2068 में की, तो अनिश्चितता लगभग पूरी तरह से इसके तापीय ड्रिफ्ट के कारण थी। केवल 2021 में बेहतर माप के बाद ही टकराव का जोखिम अंतिम रूप से अस्वीकृत कर दिया गया। यह OSIRIS-REx अभियान उल्का पिंड Bennu के लिए प्रदान करता है और यहां तक कि अधिक विस्तृत डेटा का भी उल्लेख करता है, जिसमें खुलासा हुआ कि 500 मीटर के टूटे हुए पत्थर का ढेर वर्तमान में सूर्य की गर्मी के कारण प्रति वर्ष 280 मीटर ड्रिफ्ट कर रहा है।

जो हम अभी भी नहीं जानते

हम अधिकांश उल्का पिंडों के आंतरिक तापीय चालकता के ठीक ठीक माप के बारे में नहीं जानते। यार्कोव्स्की प्रभाव एक सतह पर आधारित घटना है, लेकिन ऊष्मा के 'रेगोलिथ' में प्रवेश करने का तरीका—तले की ढीली मिट्टी और टूटे हुए पत्थर की परत—थर्मल इंजन की दक्षता बदल देता है। एक ठोस पत्थर एक 'टूटे हुए पत्थर के ढेर' से अलग तरीके से व्यवहार करता है, जिसे कमजोर गुरुत्वाकर्षण द्वारा जोड़ दिया गया है।

हम अभी तक एक उल्का पिंड के घूर्णन के लंबे समय के विकास का भविष्यवाणी नहीं कर सकते। यार्कोव्स्की प्रभाव अक्सर YORP प्रभाव के साथ जुड़ा होता है, जो एक संबंधित घटना है जो समय के साथ एक उल्का पिंड के घूर्णन को तेज कर सकती है या धीमा कर सकती है। यदि घूर्णन बदल जाता है, तो यार्कोव्स्की धक्के की दिशा बदल जाती है, बाहर की ओर घूमने वाले घूर्णन को भीतर की ओर बदल देती है।

और हम अधिकांश पृथ्वी के पास के वस्तुओं के पूर्ण 'अल्बेडो' मानचित्र के बारे में नहीं जानते। धूप के छायांकित भाग अधिक ऊष्मा अवशोषित करते हैं, जिससे जटिल, स्थानीय धक्का वेक्टर बनते हैं जिन्हें पृथ्वी-आधारित दूरबीनों से मॉडल करना लगभग असंभव हो जाता है। जब तक हम इन पत्थरों में से अधिक से अधिक नहीं जाते, हमारे भविष्य के मानचित्र अनुमान ही रहेंगे।

सूर्य हमारे सौर मंडल के पत्थरों को न केवल प्रकाशित करता है। यह उनकी कक्षाओं को आकार देता है, धीमी गति से बिलियर्ड्स के खेल के रूप में उन्हें बोर्ड के पार धकेलता है, जहां प्रकाश स्वयं क्यू है।

The Yarkovsky Effect