8

ÂWIAT NAUKI LUTY 2004

ASTROFIZYKA

O obrotach planetoid

ZMIERZENIE EFEKTU JARKOWSKIEGO DAJE NAUKOWCOM NOWE MO˚LIWOÂCI BADAWCZE. STANIS¸AW BAJTLIK

pano

rama

P

o raz pierwszy

naukowcy zaobserwo-

wali w ruchu planetoidy niezwykle
subtelny efekt, który przewidzia∏ po-

nad 100 lat temu Rosjanin Iwan Osipowicz
Jarkowski. Zmierzyli, jaki wp∏yw na trajekto-
ri´ planetoidy 6489 Golevka ma zachodzàca
na jej powierzchni absorpcja i emisja pro-
mieniowania elektromagnetycznego. Dzi´ki
temu po raz pierwszy mo˝na dok∏adnie obli-
czyç masy ma∏ych obiektów bliskich Ziemi.
Dlaczego do tej pory by∏o to takie trudne?

Aby zmierzyç masy obiektów kosmicznych,

konieczna jest znajomoÊç wprowadzonej
przez Newtona sta∏ej grawitacji G. Na przy-
k∏ad z obserwacji przyÊpieszenia ziemskiego
naukowcy wyznaczajà mas´ Ziemi, a z po-
miaru okresu i rozmiarów orbity Ziemi wokó∏
S∏oƒca – mas´ S∏oƒca. Chocia˝ sta∏a grawita-
cji, obok pr´dkoÊci Êwiat∏a, jest najd∏u˝ej, bo
od przesz∏o 300 lat, wyznaczanà sta∏à funda-
mentalnà, zmierzona zosta∏a z dok∏adnoÊcià
do zaledwie czterech cyfr znaczàcych. Ozna-
cza to, ˝e podobnie s∏abo znamy masy Ziemi,
S∏oƒca i innych obiektów kosmicznych.

TrudnoÊç pomiaru sta∏ej grawitacji wy-

nika zarówno z problemów technicznych,
takich jak wyznaczenie z odpowiednià do-
k∏adnoÊcià rozmiarów i rozk∏adów
g´stoÊci w wadze skr´ceƒ Cavendi-
sha oraz mechanicznych w∏asnoÊci
zawieszenia wagi, jak te˝ z powodów
fundamentalnych. Oddzia∏ywanie gra-
witacyjne, choç rzàdzi ewolucjà ca-
∏ego WszechÊwiata, jest bardzo s∏a-
be. W odró˝nieniu od oddzia∏ywaƒ
jàdrowych, si∏a grawitacji ma nie-
skoƒczony zasi´g. Nie mo˝na jej te˝ w
˝aden sposób ekranowaç, jak w przy-
padku oddzia∏ywaƒ elektromagne-
tycznych. Dok∏adne opisanie i odizo-

lowanie uk∏adu doÊwiadczalnego jest wr´cz
niemo˝liwe. Coraz cz´stsze informacje o od-
st´pstwach wyników kolejnych pomiarów G
od wartoÊci przyjmowanej w tabelach roz-
budza∏y spekulacje o odst´pstwach od teo-
rii Newtona w skali badanej w tego rodzaju
eksperymentach, o WszechÊwiecie majàcym
wi´cej ni˝ trzy wymiary, o ciemnej energii i
materii, a nawet o istnieniu „piàtej si∏y”.

Odkrycie efektu Jarkowskiego dla planeto-

idy 6489 Golevka umo˝liwia naukowcom nie
tylko wyznaczenie mas, ale przede wszyst-
kim dowodzi, ˝e kluczowà rol´ w dynamice
ma∏ych cia∏ w Uk∏adzie S∏onecznym, poza
prawem cià˝enia, odgrywajà konwencjonal-
ne efekty, a nie „piàta si∏a” albo zmodyfiko-
wana grawitacja. Ma tak˝e ogromne znacze-
nie w badaniach i projektowaniu systemów
zabezpieczenia przed zderzeniami plane-
toid z Ziemià. O rewelacjach tych donosi
Science

z 5 grudnia 2003 roku.

Efekt Jarkowskiego to wp∏yw na ruch cia-

∏a termicznych fotonów emitowanych z je-
go powierzchni. Planetoidy obracajà si´ (ju˝
Ma∏y Ksià˝´ mówi∏, ˝e na planetoidach
wyst´pujà dni i noce). Podobnie jak na Zie-
mi S∏oƒce rozgrzewa t´ stron´ planetoidy,

SYMULACJA KOMPUTEROWA

planetoidy 6489 Golevka.

Odkryto jà w 1991 roku.

Ma Êrednic´ oko∏o 0.5 km

i nale˝y do obiektów bliskich

Ziemi. Jej nazwa pochodzi

od mi´dzynarodowego programu

radarowych obserwacji

prowadzonych przy u˝yciu

anten Goldstone w Kalifornii,

Evpatoria na Krymie i Kashima

w Japonii. By∏y to pierwsze

radarowe obserwacje, w których

sygna∏ wys∏any przez anten´

na jednym kontynencie po odbiciu

od planetoidy by∏ odbierany

na drugim. Precyzyjne pomiary

radarowe ponad wszelkà

wàtpliwoÊç ujawni∏y wyst´powanie

w ruchu planetoidy przyÊpieszenia

Jarkowskiego. Wykrycie tego

efektu umo˝liwi∏o okreÊlenie

fizycznych parametrów planetoidy,

takich jak Êrednia g´stoÊç

(zaledwie 2.7 g/cm

3

, co dowodzi

du˝ej porowatoÊci planetoidy),

struktura powierzchni

i jej termiczne w∏asnoÊci,

oraz precyzyjne wyznaczenie

jej trajektorii.

PLANETOIDA

6489 GOLEVKA

NASA/JPL

na której akurat jest dzieƒ. Pogodne popo-
∏udnia zawsze sà cieplejsze ni˝ poranki. Bar-
dziej nagrzewa si´ ta cz´Êç obracajàcego si´
cia∏a, która by∏a d∏u˝ej oÊwietlana przez
S∏oƒce. Im cieplejsza powierzchnia, tym
silniejsza z niej emisja.

Nierównomierne ogrzewanie oraz opóê-

nienie emisji promieniowania (w stosunku
do absorpcji) dzia∏ajà jak bardzo s∏aby sil-
nik rakietowy, który zmienia trajektori´. Na
planetoid´ dzia∏a wi´c si∏a wynikajàca z za-
burzenia równowagi w sile odrzutu promie-
niowania emitowanego z cz´Êci powierzch-
ni o ró˝nych temperaturach. WielkoÊç i
kierunek tego efektu zale˝à od termicznych
w∏asnoÊci powierzchni, kszta∏tu planeto-
idy, orientacji osi, szybkoÊci i kierunku obro-
tu. W przypadku planetoidy obracajàcej si´
w kierunku zgodnym z ruchem orbitalnym
wokó∏ S∏oƒca efekt Jarkowskiego powoduje
zwi´kszenie pr´dkoÊci orbitalnej i oddale-
nie planetoidy od S∏oƒca. W przypadku ob-
racania si´ planetoidy w kierunku przeciw-
nym do kierunku obrotu orbitalnego si∏a
odrzutu promieniowania, zwiàzana z tym
zjawiskiem, spowoduje zmniejszenie pr´d-
koÊci orbitalnej i przybli˝enie planetoidy do

S∏oƒca. Naukowcy przypuszczajà, ˝e efekt
Jarkowskiego wp∏ywa na rozk∏ad planetoid
w Uk∏adzie S∏onecznym. Mo˝e te˝ utrudniaç
precyzyjne okreÊlanie orbit planetoid, ko-
nieczne przy opracowywaniu programów
ochrony Ziemi przed zderzeniami z du˝ymi
obiektami kosmicznymi [patrz: Russel L.
Schweickart, Edward T. Lu, Piet Hut i Clark
R. Chapman „Kosmiczny pchacz”; Âwiat Na-
uki

grudzieƒ 2003].

Sukces w wyznaczeniu wp∏ywu emisji ter-

micznych fotonów na ruch planetoidy Go-
levka sprawia, ˝e uwzgl´dnienie efektu Jar-
kowskiego stanie si´ podstawowà metodà
wyznaczania mas ma∏ych planetoid (o roz-
miarach poni˝ej jednego kilometra). Ruch
cia∏ w Uk∏adzie S∏onecznym odbywa si´ pod
wp∏ywem ró˝nych si∏, w których dominuje
grawitacja. Przy dzisiejszej dok∏adnoÊci
obserwacji trzeba jednak uwzgl´dniaç nie
tylko opór oÊrodka mi´dzyplanetarnego, ale
nawet tak subtelne efekty, jak odrzut wywo∏a-
ny promieniowaniem cieplnym z powierzch-
ni cia∏a. Jak widaç, sprawdzenie dynamiki
newtonowskiej w Uk∏adzie S∏onecznym wy-
magaç b´dzie uwzgl´dniania subtelnych, nie-
dostrzeganych wczeÊniej efektów.

n

pano

rama

Inspiracjà do rozwa˝aƒ o istnieniu
„piàtej si∏y” by∏y m.in. doniesienia
o anomalnym przyÊpieszeniu
sond kosmicznych Pionieer 10
i 11 w kierunku S∏oƒca. Gdyby
ta sama tajemnicza si∏a dzia∏a∏a
równie˝ na planety, bardzo
wyraênie by∏oby widaç zmian´
ich okresu orbitalnego i odleg∏oÊci
od S∏oƒca. Niczego takiego jednak
nie zaobserwowano. Jedni twierdzà,
˝e efekt ten jest spowodowany
anizotropià emisji energii cieplnej
z radioaktywnych ogniw sond,
która odpowiada „fotonowej
rakiecie” o mocy 60 W. Inna
hipoteza t∏umaczy tajemnicze
spowolnienie Pionieerów
oddzia∏ywaniem z py∏em
w obszarze pasa Kuipera.

TAJEMNICZE

PRZYÂPIESZENIA