آموزشگاه آنلاین ستاره‌شناسی: آموزش ببینید، تلسکوپ جایزه بگیرید! نام‌نویسی

ماموریت کاوشگر اُسیریس رکس توسط پنج هدف مهم علمی هدایت می‌شود. یکی از این اهداف عبارت است از: "درک تعامل بین خواص حرارتی سیارک و دینامیک مداری با اندازه‌گیری اثر یارکوفسکی بر یک سیارک بالقوه خطرناک [بنو] و محدودیت خواص سیارکی که به این اثر کمک می‌کند."

 DEWG چیست؟
هر گروه یک زیر مجموعه از الزامات علمی مأموریت را به خود اختصاص داده است. گروه کاری مسئول شناسایی تغییرات مداری بنو در طول دوره تاریخچه منظومه خورشیدی، تکامل گروه کاری دینامیکی یا DEWG است.
DEWG وظیفه بازسازی تاریخ مداری بنو از کمربند اصلی سیارکی تا فضای نزدیک زمین و در آینده است.
اولین گام در بازسازی تاریخچه سیارک  بنو و پیش‌بینی آینده آن این است که دقیقا مدار آن را تعیین کنیم. علم تعیین مدار یک جرم آسمانی بر اساس مشاهدات تلسکوپی،آسترومتری نامیده می‌شود. دوره مداری بنو به گونه ای است که هر 6 سال یک بار به نزدیکی زمین می‌رسد. تنها در این زمان، بنو به اندازه کافی روشن به نظر می‌رسد وبا تلسکوپ‌های زمینی یا سیستم راداری رصد می‌شود.
بنو یکی از سیارک‌های گروه آپولو است که کشف آن توسط پروژه «لینیر» بررسی سیارک‌های نزدیک به زمین لینکلن (LINEAR) در ۱۱ سپتامبر ۱۹۹۹ صورت گرفت. این سیارک هدفِ برنامه‌ریزی شده مأموریتِ اسیریس-رکس قرار گرفته که برای تهیه و آوردن نمونه از سیارک به زمین در سال ۲۰۲۳ فرستاده شده‌است. مواد نمونه برای بررسی بیشتر و دقیق‌تر هویت آن سیارک استفاده خواهد شد.
سیارک بنو دارای قطر متوسط حدود ۴۹۲ متر بوده و به طور گسترده با رادار رصدخانه آرسیبو  و مرکز شبکه فضای دوردست گلداستون رصد می‌شود.
بین 11 سپتامبر 1999 و 20 ژانویه 2012، 561  بررسی تلسکوپی و 29 بررسی رادیویی با اندازه‌گیری‌های آسترومتری توسط تعدادی از ستاره‌شناسان حرفه‌ای و آماتور از سراسر جهان صورت گرفت. در نتیجه، مداری که برای بنو توسط این بررسی ایجاد شده است، دقیق‌ترین مدار در فهرست سیارکی است.

بنو در آینده کجا خواهد بود؟
هنگامی که وضعیت اوج بنو را مشخص کردیم، قدم بعدی این است که پیش‌بینی کنیم وضعیت آن در آینده چگونه خواهد بود. این  به نظر می‌رسد کار ساده‌ ای باشد -اگر فقط از سه قانون کپلر در حرکت سیاره‌ای استفاده کنیدو محاسبات را اجرا کنید، درست است؟ خیر،اشتباه می‌باشد! هنگام محاسبه مسیر حرکتی بنو ما باید نه تنها اثر گرانشی خورشید، بلکه اثرگرانشی هشت سیاره، ماه، پلوتو و هر سیارکی که ممکن است مدار آن را تحت تاثیر قرار دهد، لحاظ کنیم. برای سیارک‌ها، اولین بار برای چهار سیارک  بزرگ (سرس، که رسما یک سیاره کوتوله می‌باشد، پالاس، وستا و  Hygeia است) محاسبات را انجام می دهیم و بعد آن را برای 12  سیارک بعدی کمربند اصلی بکار ببریم.

شکل سیاره می‌تواند بر مدار بنو نیز تاثیر بگذارد
وقتی که بنو در نزدیکی زمین است، ما باید مدل برانگیختگی گرانشی را به علت شکل زمین در نظر بگیریم. (به عنوان مثال، زمین دارای شکل گرد است که در قطب مسطح شده است). هر زمان که بنو نزدیکتر از 3. 3 AU باشد، خطای قابل‌ملاحظه‌ اما قابل تشخیصی در تعیین مدار پیدا می‌شود.

آلبرت را فراموش نکن!
اینشتین نشان داد که قوانین کپلر، همانطور که در قانون گرانش جهانی نیوتن تعمیم داده شده است، تا زمانی که قدرت میدان گرانشی ضعیف است درست می‌باشد. همانطور که معلوم است، ما باید اثرات  نسبیت عام انیشتین را برای پیش‌بینی مدار بنو برای دقت و صحت اندازه‌گیری‌های آسترومتری خود  لحاظ کنیم. ما از یک مدل کامل نیروی نسبیتی از جمله سهم خورشید، سیارات و ماه استفاده کردیم. اثرات نسبیتی خورشید بسیار مهم است. علاوه بر این، ما دریافتیم که اثرات نسبیتی زمین، به دلیل اثرات کوتاه مدت در طول نزدیک شدن به زمین در سال 1999 و 2005، دچار تغییرات قابل توجهی هستند.

10042 OSIRIS REx spacecraft 01

مطمئنا نورخورشید  می‌تواند سیارک را تحت تاثیر قرار دهد


در نهایت، ما باید اثر یارکوفسکی را به تناسب بدست آمده برای مدار  بنو اضافه کنیم اثر یارکوفسکی  زمانی رخ می‌دهد که سیارک نور خورشید را جذب و به صورت گرما آن ‌را بازتابش می‌کند اما به علت ناهمواری، ترکیبات سطحی و چرخش  سیارک، بازتابش گرما نوعی رانش و شتاب به سیارک می‌دهد. برای دانشمندانی که مسیر سیارک‌ها را پیش‌بینی می‌کنند مهم است که بدانند چطور این اثر بر تغییر مدار سیارک‌ها تاثیر می‌گذارد و هم تدبیری برای راه‌کارهای آینده باشد تا احتمال برخورد اجرام آسمانی به زمین را کمتر کند.

 
اثر یارکوفسکی برای آهسته کردن بونو اقدام می‌کند - محور نیمه اصلی را کاهش داده و احتمالا آن را آماده برخورد با زمین می‌کند.

یکی از مهمترین اهداف مأموریت اُسیریس رکس این است که درک درستی از اثر یارکوفسکی  داشته باشیم. اثر یارکوفسکی  نیروی کوچکی را بر مدار سیارک وارد می‌کند. در قرن نوزدهم، ایوان یارکوفسکی متوجه شد که اشعه مادون قرمزیک جسم گرم شده توسط خورشید باعث حرکت و همچنین گرما می‌شود. هنگامی که یک سیارک توسط نور خورشید گرم می‌شود، در نهایت انرژی را به عنوان گرما دوباره تابش می‌ دهد، که یک نیروی کوچک را ایجاد می‌کند.  شتاب ناشی از این نیرو می‌تواند تغییرات قابل توجهی در مدار سیارک را طی زمانبندی‌های مختلف از میلیون‌ها تا میلیاردها سال ایجاد کند. شناخت اثر یارکوفسکی بر بنو برای پیش‌بینی مدار و تعیین احتمال آن که زمین را تحت تأثیر قرار دهد ضروری است.

10042 OSIRIS REx spacecraft 02 
 مدار سیارک بنو
بنو یک خطر جدی برای زمین است. درک تاثیر یارکوفسکی برای تعیین احتمال برخورد ضروری است.

اثر YORP پدیده مشابهی است که بر سرعت چرخش و جهت قطبی یک سیارک تاثیر می‌گذارد. YORP یک لغت نامه است که نام چهار دانشمند را شامل می‌شود: Yarkovsky، O'Keefe، Radzievskii، و Paddack. با تکیه بر کار Yarkovsky، V. V. Radzievskii در سال 1954 نشان داد که تغییرات آلبدو در سطح یک جسم کوچک در فضا می‌تواند سرعت چرخش  را افزایش دهد. این پدیده اساسا اثر رادیومتر کروکس نامیده می‌شود.
رادیومتر کروکس یک وسیله است که با نام 'آسیاب نوری' هم شناخته می‌شود، یک حباب شیشه‌ای مهر و موم شده حاوی خلا نسبی است. در داخل حباب مجموعه‌ای از پره‌ها بر روی یک محور چرخان نصب شده است. پره‌ها زمانی که در معرض نور قرار می‌گیرند می‌چرخند: هرچه شدت تابش بیشتر باشد، سرعت چرخش هم بیشتر خواهد بود. این پدیده راهی برای اندازه‌گیری شدت تابش الکترومغناطیس به دست می‌دهد.
استفان پداک و جان اوکیف، که به طور جداگانه روی منشاء گرد و غبار بین فضایی کار میکردند، نشان داد که شکل شیء به شدت بر تغییر در چرخش تأثیر میگذارد. دیوید روبینام این ایده ها را در سال 1999 ترکیب کرد و نشان داد که YORP یک گشتاور حرارتی شبیه به یک اثر آسیاب بادی روی سیارک‌ها ایجاد می‌کند. این گشتاور می‌تواند سرعت چرخش و آلبدو(میزان جذب نور) یک سیارک را ، بسته به هندسه خارجی جسم، تغییر دهد.

در سال 2007 تأیید مشاهداتی مستقیم از اثر YORP روی سیارک های کوچک 2000 PH5 و 1862 Apollo انجام شد. سیارک 2000 PH5 بعدا به نام 54509 YORP نامگذاری شد تا بخشی از آن  تأیید این پدیده را به عهده بگیرد. از آن به بعد، مطالعه اثر یورپ، درک ما از پیشرفت سیارک ها از جمله بنو را تغییر داده است. به عنوان مثال، در سال 2013 سیارک P / 2013 R3 به صورت تکه های جدا شده مشاهده شد (احتمالا به دلیل افزایش نرخ چرخش توسط اثر YORP).
 

10042 OSIRIS REx spacecraft 03

 سیارک P / 2013 R3 از هم پاشیده است
ASTEROID P / 2013 R3 BREAKING APART
این سری از تصاویر نشان می دهد که سیارک P / 2013 R3 از هم جدا شده است، تصویر توسط تلسکوپ فضایی هابل  ناسا / ESA در سال 2013 مشاهده شده است.

اثر YORP همچنین نقش مهمی در تکامل بنو دارد. تاریخچه پیشنهادی ما برای بنو نشان می‌دهد که این سیارک از داخل کمربند اصلی توسط نیروهای حرارتی یارکوفسکی در طول صدها میلیون سال مهاجرت کرده است. ما اخیرا تکامل دینامیکی اجسام کوچکی مانند بنو از کمربند اصلی به مدار فعلی بنو راطراحی کرده‌ایم. این یک مشکل شگفت آور چالش برانگیز است. اجسام کوچک در کمربند سیارکی اصلی نمی‌توانند توسط بررسی‌های تلسکوپی در حال حاضر شناسایی شوند. ما همچنین خواص حرارتی را که اجسامی به اندازه بنو دارند، نمی‌دانیم چیزی که به ما می گوید چگونه این اجسام تحت تأثیرات یارکوفسکی و YORP قرار می‌گیرند. بزرگترین مشکل، با این حال، این است که دانش ما در مورد اینکه چگونه سیارک‌های کوچک با اثر Yarkovsky و YORP تکامل می‌یابند ناقص است.
 

10042 OSIRIS REx spacecraft 04

اُسیریس رکس اولین ارزیابی واقعی از اثرات یارکوفسکی و یوروپ را ارائه می‌دهد، زیرا آنها مربوط به طبیعت شیمیایی و وضعیت دینامیکی یک سیارک مجزا است. در طی برخورد، ردیابی دقیق فضاپیمای اُسیریس رکس ، همراه با مدلسازی حرکت فضاپیما نسبت به بنو، دقیقترین حالت تعیین اثر یارکوفسکی را که تاکنون انجام شده، فراهم می‌کند. اندازه گیری دقیق حالت چرخش در طی برخورد، نسبت به دوره تعیین شده از اندازه‌گیری‌های نور سنجی مبتنی بر زمین، به ما امکان می‌دهد تا اثر YORP را در حدود 1000/1 درجه در روز در سال تشخیص دهیم.

اُسیریس رکس همچنین یک مدل جامع ترموفیزیکی از سیارک با استفاده از داده های حاصل از برخورد سیارک ها ایجاد خواهد کرد. مقایسه اثرات Yarkovsky و YORP  به اندازه‌گیری مستقیم شتاب حاصل از سیارك و تغییر در حالت چرخش منجر می‌شود كه درك این پدیده‌ها را برای شناخت ما از پارامترهای اساسی  بهبود می‌بخشد. در نهایت، هدایت حرارتی و ظرفیت حرارتی نمونه‌های بازگشتی به صورت مستقیم در آزمایشگاه اندازه‌گیری می شود. این پارامترهای فیزیکی اساسی، همراه با حالت رگولیت بر روی سطح سیارک،  قدرت حاصل از اثرات YORP و Yarkovsky را در اختیار دارد. بنابراین، اُسیریس رکس از روش‌های مختلف به مطالعات آینده در مورد اشیاء نزدیک زمین و همچنین سیارک‌های اصلی کمربند کمک خواهد کرد.

منابع:
The YORP Effect and Bennu
http://www.planetary.org/blogs/guest-blogs/dante-lauretta/20141211-the-yorp-effect-and-bennu.html

DEWG – WHERE’S MY ASTEROID?
https://dslauretta.com/2013/12/21/dewg-wheres-my-asteroid/

همکار و نویسنده گروه آسمان شب ایران، موسس آفاق راهبر آذربایجان

نویسنده: سارا حاتمی

همکار و نویسنده گروه آسمان شب ایران، موسس آفاق راهبر آذربایجان

banner eyepeacc

celestron banner 02

iranoptic 03

iranoptic 05

تالار گفتگو

23 آذر 1397

رویدادهای آسمان شب را در ایمیل خود دریافت کنید.


Receive HTML?

Joomla Extensions powered by Joobi

فروشگاه

برای پشتیبانی از سایت آسمان شب ایران ابزارهای ستاره‌شناسی خود را از فروشگاه ایران اپتیک خریداری فرمایید، با سپاس از شما دوستان و همراهان گرامی.