Che cos’è l’effetto Yarkovsky, il rinculo termico degli asteroidi

L’effetto Yarkovsky è la forza netta agente su un oggetto rotante nello spazio dovuta all’emissione anistropa di fotoni termici.

Che significa? Significa che gli asteroidi accumulano calore proveniente dalla luce solare, dopodiché riemettono l’energia accumulata sotto forma di radiazione termica, ossia sotto forma di fotoni. Siccome ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria (Terza Legge di Newton), ciò significa che l’asteroide (o l’oggetto in questione) riceve una microscopica spinta nella direzione opposta all’emissione del fotone, che possiamo immaginare come il rinculo di quando viene sparato un proiettile dal fucile. Siccome l’emissione termica non è uguale in tutte le direzioni, ma è maggiore nel lato in ombra dell’asteroide e minore in quello illuminato, il risultato netto è quello di avere una spinta in una direzione, una sorta di motore a fotoni termici.

L’effetto Yarkovsky ha una componente diurna ed una stagionale dovute alle differenze di temperatura legate al moto di rotazione o di rivoluzione, ossia alle differenze di temperatura tra notte e giorno e a quelle dovute alle variazioni stagionali. La componente diurna causa una variazione della grandezza dell’orbita, positiva o negativa a seconda della direzione di rotazione del corpo. Quella stagionale si ha solo nel caso in cui l’asse di rotazione sia inclinato e varia sempre la riduzione della grandezza dell’orbita.

Questo effetto è stato introdotto alla fine dell’ottocento dall’astronomo russo Ivan Yarkovskij, e senza di esso non si potrebbe spiegare la posizione di molti asteroidi, in particolare quelli vicini all’orbita terrestre (NEA).

Non si potrebbe inoltre spiegare il ritrovamento di meteoriti sulla Terra che risultano aver trascorso milioni di anni esposte ai raggi cosmici.

Ma questo richiede una piccola spiegazione. Gli asteroidi possono viaggiare rapidamente nel Sistema Solare se si trovano ad un punto detto di risonanza orbitale con qualche altro oggetto. Il Sistema Solare può essere infatti visto come un sistema caotico, che significa che nel tempo l’asteroide subisce forze in tutte le direzioni provenienti da tutti i corpi che compongono il Sistema e quindi la forza netta è nulla. Se tuttavia l’asteroide si trova in un punto in cui ad ogni orbita subisce una forza proveniente sempre dallo stesso corpo, come ad esempio un’attrazione gravitazionale ad ogni orbita di Giove, questo schema ripetuto esce fuori dal sistema caotico ed il risultato è una forza netta che può spingere l’asteroide fuori dal Sistema Solare o verso il suo interno.

Se non ci fosse l’effetto Yarkovsky, gli asteroidi da cui le meteoriti trovate sulla Terra hanno avuto origine sarebbero potuti arrivare sulla Terra dalla Fascia Principale di Asteroidi (la regione ricca di asteroidi tra Marte e Giove) solo se si fossero originati molto vicino alla regione di risonanza orbitale con Giove. In questo modo il viaggio sarebbe stato breve ed avrebbero in questo caso avuto poco tempo per essere bombardati dai raggi cosmici, in contrasto con le misure di laboratorio. Diversa storia se si fossero originati lontano dalla risonanza orbitale e vi fossero stati spinti lentamente a causa dell’effeto Yarkovsky. Questo spiegherebbe le centinaia di milioni di anni passati nello spazio di molte meteoriti.