Koers aarde

De aarde krijgt veel meer meteorieten op zich af dan kan worden verklaard. Astronomen hebben namelijk het Yarkovsky-effect over het hoofd gezien. Verschillende stukjes van een dertig jaar oude puzzel vallen nu opeens op hun plaats.

WAAROM KOMEN er veel meer meteorieten op aarde af dan met de hudige theorieën verklaard kan worden? Omdat het Yarkovsky-effect tot nu toe over het hoofd is gezien, aldus de Tsjechische astronoom David Vokrouhlicky en zijn Italiaanse collega Paolo Farinella. Het Yarkovsky-effect is een thermisch effect dat van invloed is op kleinere objecten die rond de zon draaien. Zij absorberen zonlicht en zenden die energie weer als infrarode straling uit. Door de aswenteling en de thermische traagheid is het deel van het object waar het `avond' is altijd wat warmer dan waar het `ochtend' is en zendt dat eerste ook meer infrarode straling uit. Dit verschil veroorzaakt een reactiekracht die onder een bepaalde hoek ten opzichte van de richting naar de zon werkt en op den duur de vorm van de baan verandert. Vokrouhlicky en Farinella hebben de astronomische wereld vorig jaar bestookt met artikelen over de gevolgen van het Yarkovsky-effect op de baanbeweging van kleine hemellichamen en gaan daar voorlopig nog mee door.

Een sluitende verklaring voor het grote aantal meteorieten dat op aarde ploft of er net langs scheert was er tot nog toe niet. Meteorieten zijn fragmenten van planetoïden, objecten die overbleven na het ontstaan van het zonnestelsel en in groten getale tussen de banen van Mars en Jupiter om de zon draaien. Hun `transport' richting aarde wordt verzorgd door Jupiter. Periodieke storingen door deze reuzenplaneet kunnen de baan van een meteoriet zo excentrisch maken dat hij uiteindelijk tot in de buurt van de aardbaan komt.

Dit transportmechanisme werkt echter alleen bij meteorieten die op bepaalde afstanden rond de zon draaien, namelijk op die afstanden waar hun omlooptijd en die van Jupiter in een bepaalde verhouding tot elkaar staan. De meeste objecten in de gordel van de planetoïden zijn niet onderhevig aan zo'n baanresonantie en daarom zou het aantal meteorieten dat op aarde valt veel kleiner moeten zijn dan nu wordt waargenomen. Daar komt nog bij dat de ouderdom van meteorieten veel groter is dan men op grond van dit mechanisme zou verwachten.

Computerberekeningen laten zien dat een meteoriet onder invloed van een baanresonantie al na een paar miljoen jaar in de buurt van de aardbaan komt. Steenmeteorieten blijken echter meestal tientallen miljoenen jaren in de planetoïdengordel te hebben vertoefd alvorens in een baan richting aarde te zijn gedirigeerd. IJzermeteorieten hebben zelfs honderden miljoenen jaren moeten wachten. Waarom werden meteorieten pas in het laatste moment van hun bestaan richting aarde gezonden en waarom gedragen steen- en ijzermeteorieten zich in dit opzicht bovendien geheel verschillend?

De astronomen Vokrouhlicky en Farinella denken een verklaring te kunnen geven via het Yarkovsk-effect, dat is genoemd naar Ivan Osipovitsj Yarkovsky (1844-1902). Deze vergeten Russisch civiel-ingenieur beoefende natuur- en sterrenkunde als `hobby' en had op deze gebieden zeer exotische ideeën. Zo speculeerde hij over het afschermen van zwaartekracht, het zwaarder worden van planeten door absorptie van kosmische krachtvelden en de invloed van de `wereldether' op de uitbreiding van gravitatie. Yarkovsky leek wel wat op zijn tijdgenoot Nikola Tesla: de miskende Amerikaanse ingenieur die voortdurend op het randje van de genialiteit en de gekte balanceerde.

vlugschrift

Maar met zijn theorie over het effect van de warmtestraling van roterende objecten had Yarkovsky het helemaal bij het rechte eind. Hij schreef hierover een soort vlugschrift dat rond 1900 in St. Petersburg werd gepubliceerd, maar later spoorloos is verdwenen. De Ierse astronoom Ernst Öpik, die het rond 1909 had gelezen, moest er uit zijn geheugen aan refereren toen hij in 1951 als eerste dit effect in een vakblad beschreef. Het effect werd in 1965 `herontdekt' door de Amerikaanse astronoom Charles Peterson, die het bestudeerde in het kader van de standregeling van satellieten. En in de jaren tachtig werd het effect merkbaar in de baan van Lageos, de satelliet die met behulp van laser op de centimeter nauwkeurig wordt gevolgd.

Hoewel Öpik en Peterson vermoedden dat het Yarkovsky-effect een rol zou kunnen spelen bij het transport van meteorieten naar de aarde, zou het nog ruim dertig jaar duren voordat dit ook werkelijk kon worden bewezen. Dit is vooral te danken aan het werk van Vokrouhlicky en Farinella.

De twee astronomen hebben ontdekt dat er in feite twee varianten van het Yarkovsky-effect bestaan: een dagelijkse (afhankelijk van de aswenteling) en een jaarlijkse (afhankelijk van de baanbeweging). De eerste kan een baan zowel groter als kleiner maken (naar gelang de rotatierichting) en is het sterkst als de rotatie-as loodrecht op het baanvlak staat. De tweede variant is het sterkst als de rotatie-as in het baanvlak ligt en maakt de baan altijd kleiner. De twee varianten kunnen elkaar versterken en verzwakken en hangen bovendien op verschillende manieren af van de diameter en de thermische eigenschappen van het betreffende hemellichaam (Astronomy & Astrophysics, 10 april).

Vokrouhlicky en Farinella zijn er in geslaagd om uit dit gecompliceerde samenspel van factoren af te leiden wat de uiteindelijke invloed van het Yarkovsky-effect op de baan van relatief kleine objecten in de planetoïdengordel is. Het blijkt dat objecten van centimeters tot vele tientallen meters groot onder invloed van het Yarkovsky-effect langzaam naar de zon toe of van de zon af worden gedreven. Dank zij dit effect krijgen zij zoveel `mobiliteit' dat zij uiteindelijk op een van de afstanden kunnen komen waar zij in de invloedssfeer van Jupiter geraken.

En zo vallen verschillende stukjes van een dertig jaar oude meteorietenpuzzel opeens op hun plaats. Het Yarkovsky-effect zorgt er voor dat er veel meer meteorieten naar de aarde worden gedirigeerd dan het aantal dat zich kort na hun ontstaan toevallig op de positie van een baanresonantie bevond. De hoge leeftijd van steenmeteorieten is een gevolg van het feit dat het Yarkovsky-effect tientallen miljoenen jaren heeft moeten werken om hen naar de goede plaats te schuiven. En ijzermeteorieten moesten nog veel langer wachten omdat zij (door hun betere warmtegeleiding) minder gevoelig zijn voor het Yarkovsky-effect: daarom vallen op aarde ook meer steenmeteorieten dan ijzermeteorieten.

In Science van 5 maart laten de twee astronomen zien dat het Yarkovsky-effect nog van invloed kan zijn op planetoïden met een diameter tot zo'n 20 kilometer. Ook van deze grote objecten kan de baan na honderden miljoenen jaren zodanig zijn veranderd dat zij in het gebied komen waar ze door Jupiter in relatief korte tijd in de richting van de aarde worden gedirigeerd. Zonder het Yarkovsky-effect zou het aantal forse planetoïden in de buurt van de aarde kleiner zijn dan nu wordt waargenomen en zou ook het aantal verwoestende inslagen op aarde - en de effecten daarvan op het klimaat en de ontwikkeling van het leven - kleiner zijn dan nu uit geologisch onderzoek wordt afgeleid. Aan deze consequenties van dit subtiele thermische effect zal Yarkovsky zeker niet hebben gedacht.