2つのくさび状の突起を持った球状の小惑星。B の突起からの再放射光は A の突起からの再放射光と強度は同じであるが、入射光に対して平行ではない。このため天体にトルクが生じる。 ヤルコフスキー・オキーフ・ラジエフスキー・パダック効果 （ヤルコフスキー・オキーフ・ラジエフスキー・パダックこうか、英 : Yarkovsky–O'Keefe–Radzievskii–Paddack effect ）は、おもに小惑星 のように固有の自転 運動をする不均一な形状の天体 において、太陽 から受ける光の圧力（輻射圧 ）と天体表面からの熱放射 のバランスが天体上の場所によって異なることで回転力が生じ、自転速度が変化する効果である。ヤルコフスキー らによりその存在が理論的に予測され、後に小惑星の自転周期の観測により証明された。頭文字をとって YORP効果 (ヨープこうか) と略す。
YORP効果は典型的には太陽系 内の太陽周回軌道 にある小惑星において発生する効果である。この効果は、二重小惑星 やタンブリング運動を起こしている小惑星の形成の要因となっている。また小惑星の自転軸 を黄道面 に対して 0°、90° や 180° に変化させ、それに伴うヤルコフスキー効果 による軌道長半径 の変化率を変化させる。
YORP効果という用語は、この効果の概念の確立に重要な寄与をした4人に敬意を表して、2000年に David Rubincam によって作られたものである[ 1] イワン・ヤルコフスキー が、太陽 に暖められた物体からの熱放射 は、熱 だけではなく運動量 も持ち去ることに気が付いた。現代物理学の観点から記述すると、E をエネルギー 、c を光速 とした場合、放射された光子 は運動量
p
=
E
/
c
{\displaystyle p=E/c}
アルベド の変化に基づいて自転に応用した[ 2] [ 3] [ 4] [ 5]
原理的には、電磁放射は小惑星の表面と3通りの方法で相互作用を起こす。太陽 からの放射は天体の表面で (1) 吸収 され、(2) 拡散反射 し、そして天体の内部エネルギー は (3) 熱放射 として放出される。光子 は運動量 を持っているため、これらのどの相互作用も、天体の重心 に対する角運動量 の変化をもたらす。短い期間のみを考えた場合これらの変化は非常に小さいものであるが、長期的にはこれらの変化は天体の角運動量に大きな変化をもたらす。地球 や月 のように球形の天体にはこのような回転力は生じないが、形状が歪な小天体の場合はこの回転力が自転運動に影響を与えてしまう。この力は非常に小さなものであるが、数百万年から数千万年を経て積み重なることで、観測により検出できるほどの変化量となる[ 1]
太陽周回軌道 にある天体の場合、大部分の小惑星は自転周期 (数日単位) が公転周期 (年単位) よりも短いため、関連する長い期間は公転周期である。したがって大部分の小惑星では、YORP効果は太陽放射トルク を最初に自転周期で平均し、その後に公転周期で平均した後の小惑星の自転状態における永年変化として効果が現れる。
ラブルパイル天体 の場合、YORP効果によって数百万年かけて自転が加速され赤道 付近に物質が集まっていくと、やがて集積していた破片が表面から分離し周回軌道に投入されて衛星 が形成されうると考えられている[ 6] [ 7]
YORP効果は、2007年に小さな小惑星 YORP [ 8] [ 9] アポロ [ 10] 5 という仮符号 で呼ばれており、YORP効果が確認されたことにちなんで YORP という名称が与えられた。YORPの自転速度はわずか60万年の間に2倍になると考えられ、またYORP効果は自転軸傾斜角 と歳差 も変えうる。そのため一連のYORP効果は小惑星を興味深い共鳴自転状態へと進化させ、二重小惑星 の存在を説明する助けとなる可能性がある[ 11]
観測からは、直径が 125 km を超える小惑星の自転速度はマクスウェル分布 に従う一方、より小さい小惑星 (直径が 50〜125 km の範囲) はマクスウェル分布と比較すると自転が速いものがわずかに多いことが分かっている。さらに小さい小惑星 (50 km 未満) では自転が非常に高速なものと低速なものが明確に多いことが示されており、この傾向はさらに小さい小惑星の集団での測定が行われるにつれより顕著になる。この結果は、サイズ依存性を持つ1つ以上のメカニズムが、自転速度のマクスウェル分布の中心に分布する小惑星を減らし、極端な自転を起こすものを増やしていることを示唆している。これを引き起こす主要な候補機構がYORP効果である。大きな小惑星の自転周期を大きく変化させる効果は無いため、マティルド のような天体に関してはYORP効果とは異なる別の説明が必要である。
2013年にメインベルト彗星 の2013 R3 が分裂したのが観測された。これはYORP効果による高速な自転が原因であると考えられる[ 12]
自転する球形の小惑星の赤道 部分に2つのくさび形のひれが付いており、平行な太陽光線で照らされているという状況を考える。球状の核における任意の表面要素から放たれる光子 による反作用は表面に対して垂直になり、トルク は生み出さない (力のベクトルは全て天体の質量中心 を通る)。
しかし光子の熱放射がくさび形の部分から放射された場合は、表面に垂直なベクトルは小惑星の重心を通過せず、トルクが生み出される。どちらのひれも入射する光に対して同じ断面積を持っており (どちらも同じ高さと幅を持つとする)、同じ量のエネルギーを吸収および反射し、同じ強さの力を生み出す。しかしそれぞれのひれの表面は傾いており、再放射された光子による垂直方向の力は打ち消し合わない。図では、ひれ A からの放射は入射光と平行な赤道面の力を生成し、垂直方向の力は生成しない。しかしひれ B による力は小さな赤道方向の力と、垂直方向の力を生み出す。この2つのひれの間の力の不釣り合いによりトルクが生み出され、天体の自転に影響を及ぼす。放射される光によるトルクは小惑星が一周自転する間でも平均化されないため、自転は時間とともに加速する[ 13]
結果として、「風車」のような形状の非対称性を持つ天体は非常に小さいトルクを受けることとなり、自転軸が歳差 を起こすだけではなく、自転が加速されたり減速されたりする傾向がある。天体が自転する楕円体 の形状であった場合は、もし表面温度やアルベド に不規則性が無いのであれば、YORP効果はゼロとなる。
長期的な進化では、天体の自転軸傾斜角 や自転速度の変化は、いくつかの要素に依存してランダムに、またはカオス 的に、あるいは規則的になる場合がある。例えば、太陽 が常に赤道 上にあると仮定した場合、半径 6 km で軌道長半径 が 2.21 au の小惑星ガスプラ は、2億4000万年かけて自転周期が12時間から6時間になったり、あるいはその逆の変化を起こす。イダ がガスプラと同じ半径と軌道にあると仮定すると、イダの自転周期の加減速はガスプラよりも2倍速いものとなる。しかし火星 の衛星 フォボス と同じ形状の天体の場合、自転周期が同じだけ変化するためには数十億年の年月を必要とする。
天体の形状だけではなく大きさもYORP効果の大きさに影響する。小さい天体は自転速度の加速や減速がより急速に起きる。もしガスプラが実際の大きさより10倍小さかったとすると (半径が 500 m 程度)、自転はわずか数百万年で2倍もしくは半分に変化する。同様に、太陽に近い天体ではYORP効果は強くなる。1 au の位置では、ガスプラはわずか10万年の間に自転周期が2倍もしくは半分に変化する。100万年後にはその周期は2時間程度にまで減少し、遠心力 によって分解を始める可能性がある。
YORP効果による小惑星の自転の加速とその後に発生する破壊は，二重小惑星 を形成する機構の一つである。そして、連星形成の主要な経路としての衝突や惑星 との近接遭遇よりも一般的な出来事である可能性がある。
YORP (2000 PH5 ) - YORP効果が初めて確認された天体であり、天体の名称もこれに因む。1年に1ミリ秒ずつ自転が加速しており、そのうちバラバラになってしまう可能性が指摘されている。アポロ - 2007年、光度曲線 の測定からYORP効果が確認された[ 10] (66391) 1999 KW4 - 二重小惑星 。その形成過程にYORP効果が大きく関与しているとされる[ 7] パンスターズ彗星 (311P) - その軌道や組成から、実際は彗星 よりも小惑星に近い天体であると推定されている。2013年9月10日に6本の尾が観測されたが、13日後の9月23日に撮影された画像では様子が劇的に変化しており、尾の向きが完全に変わっていた。尾の変化は自転に基づくものと推定された。このことから、YORP効果によって自転速度が増大し、その遠心力によって表面の物質が放出された結果、長い尾のような形状になっているのではないかと推測されている[ 14] [ 15] P/2013_R3 - 彗星の仮符号 が付けられているが、実際はメインベルト にある岩石主体の小惑星である（2013年9月発見）。2013年後半から2014年初めにかけて、10個以上に分裂した破片が時速約 1.6 km というゆっくりとした相対速度でばらばらになっていく様子が観測された。天体同士の衝突破壊ではなかったため、YORP効果による自転速度の増大により遠心力で崩壊していったとみられる[ 16] [ 17] ベンヌ - 探査機オサイリス・レックス の観測によると、YORP効果によって自転速度が100年ごとに約1秒遅くなっていると推測される[ 18] イトカワ - 探査機はやぶさ の観測結果からYORP効果によって自転速度が遅くなることが推定され、観測によりYORP効果が確認されたとの報告があったが[ 19] [ 20] [ 21] ケント大学 のステファン・ローリーらがイトカワの自転にともなう輝度変化を観測し、自転周期は遅くなっているのではなく1年に45ミリ秒ずつ速くなっていることを発表した[ 22] [ 23] [ 24]
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