A napfénytől felpörgő kisbolygók

Első alkalommal sikerült megfigyelni, hogy a napsugárzás egy sajátos jelenség révén gyorsítja egy kisbolygó tengelyforgását.

A 2000 PH5 kisbolygó az ESO egyik távcsövének felvételén (ESO)

A kisbolygók mozgását a gravitációs erő mellett egyéb külső hatások is befolyásolják. Ezek közül hosszú ideig elhanyagolt jelenség volt az ún. Yarkovsky-effektus. Ennek során első lépésben a Napból érkező elektromágneses sugárzás, például látható fény éri a kisbolygót. A beérkező sugárzás elnyelődik a testben, majd idővel visszasugárzódik az űrbe. A besugárzás a kisbolygón értelmezhető helyi dél körül a legerősebb, amikor a Nap a felszínre a legmeredekebben süt. Az elnyelődő fény viszont valamely későbbi pillanatban (a helyi délután vagy este folyamán) sugárzódik vissza hősugárzásként.

Eközben a kisbolygó tovább fordul, ezért míg a legtöbb sugárzást dél körül nyeli el, a legtöbbet a helyi délután, illetve este táján bocsátja ki. Mivel az elektromágneses sugárzásnak momentuma van, minimális lendületet ad a kisbolygónak az elnyelődéskor, illetve visz el a kibocsátáskor. Mivel ezekre eltérő időpontokban és irányokban kerül sor, a jelenség befolyásolhatja az égitest mozgását, és így a pályáját is. A Yarkovsky-hatást elsőként a 6489-es sorszámú Golevka kisbolygónál mutatták ki, amelynek pályája 1991 és 2003 között 15 km-t tolódott el.

A direkt tengelyforgású (tehát északi pólusuk felől nézve az óramutató járásával ellentétes forgásirányú) kisbolygók pályájának naptávolságát növeli, a retrográd (ezzel ellentétes) forgásúak naptávolságát pedig csökkenti a jelenség. A helyzetet tovább bonyolítja, hogy nemcsak napi (a kisbolygó tengelyforgása szerinti) periódusban jelentkezik a hatás, hanem elképzelhető ún. évszakos változás is. Ekkor az égitest forgástengelye egy kitüntetett irányba mutat a térben, miközben kering a Nap körül, így bonyolultan alakulhat a felszíne eltérő részeire jutó be- és kisugárzás, valamint az ehhez kapcsolódó impulzusmomentum-változás - különösen, ha elnyúlt pályán kering.

A hatás természetesen rendkívül gyenge, a nagyobb kisbolygóknál gyakorlatilag kimutathatatlan. A kisebb testeknél azonban millió éves időskálán már számolni kell vele - a kisebb aszteroidák pályáját annyira megváltoztathatja, hogy elvándorolhatnak korábbi helyükről, ez pedig befolyásolhatja a földközeli és így becsapódással fenyegető objektumok számát is. Ezzel kapcsolatban vetődött fel az ötlet, hogy a távoli jövőben becsapódással veszélyeztető kisbolygó pályáját úgy is megváltoztathatjuk, ha sötétre, illetve világosra festjük az égitest megfelelő részeit - ehhez azonban igen pontosan kellene ismerni a Yarkovky-effektust.

A YORP-effektus a fentihez némileg hasonló jelenség. (A folyamat elnevezése a jelenséget elméletileg előrejelző kutatók kezdőbetűiből áll össze, teljes terjedelmében Yarkovsky-O'Keefe-Radzievskii-Paddack-effektus.) A YORP-effektus a gömbtől eltérő alakú kisbolygókon lép fel, amikor a beérkező napsugárzás fűtő-, majd a kisugárzás hűtőhatását az objektumon lévő szabálytalan felszínformák helyzete, a napsütésnek kitett avagy árnyékos jellege is befolyásolja.

Mindez hasonló egy vákuumban felfüggesztett, könnyen forgó propeller viselkedéséhez, melyet a ráeső gyenge fénnyel megfelelő helyzetű és színű lapok révén fel lehet pörgetni. Bár a hatás minimális, az apró égitesteknél évmilliók alatt érezhetővé és kimutathatóvá válik. Megfelelő helyzetben a YORP-effektustól egyre gyorsabban pörgő kisbolygó alakja is megváltozhat - ha belső szerkezete viszonylag képlékeny, például laza törmelékből összeépülő, ún. kozmikus kőrakás jellegű. Az egyre gyorsabb tengelyforgás végül az objektum két vagy több darabra szakadását is eredményezheti. Megfelelő helyzetben ennek ellenkezője is bekövetkezhet: a tengelyforgás hosszú idő alatt le is lassulhat.

A közelmúltban első alkalommal sikerült a tengelyforgás így előrejelzett gyorsulását a megfigyelésekből kimutatni. Egy nemzetközi kutatócsoport Stephen Lowry (Queens University Belfast, Nagy Britannia) vezetésével több optikai- és rádióteleszóp eredményeit felhasználva a (54509) 2000 PH5 kisbolygót tanulmányozta. Az égitest a földközeli aszteroidák közé tartozik, és 2000-es felfedezése után felmerült, hogy az ideális lehet a YORP-effektus kimutatására. Átmérője mindössze 114 méter, tengelyforgási ideje pedig 12 perc.

A négyéves észlelési periódus során az objektum felszínét részletesen megismerték és tanulmányozták tengelyforgásának jellemzőit és a forgási periódus változását. Az égitestnél a tengelyforgási periódus évi egymilliomod másodpercnyi csökkenését sikerült kimutatni - tehát ilyen ütemben forog egyre gyorsabban a kisbolygó. A jelenség az optikai- és a rádióészlelésekben egyaránt jelentkezett.

A 2000 PH5 kisbolygó radarfelvételei (balra) és alakjának modellje, a forgástengely helyzetével (jobbra) (ESO)

A pontos adatok alapján a kisbolygó jövőbeli viselkedését is megpróbálták előrejelezni. Eszerint jelenlegi pályája stabilnak tekinthető, és a következő 35 millió évben nem változik jelentősen - ugyanakkor a tengelyforgási ideje ezalatt körülbelül 26 másodpercre csökken. Eközben a növekvő centrifugális erő miatt változnak a belsejében fellépő feszültségek, és könnyen lehet, hogy deformálódik, esetleg darabjaira hullik az objektum. A kisméretű aszteroidák között sok nagyon gyorsan, illetve nagyon lassan forgó objektumot találunk - a sebes vagy rendkívül lassú pörgés kialakításában az ütközések mellett talán a YORP-effektus is közreműködött.

Kereszturi Ákos