دَرَجَةِ حَرارَةُ سَطْحِ الكُوَيْكِب هِيَ مَعْلُوماتٍ أَساسِيَّةٍ لِتَصْمِيمِ مُهِمَّةً اِسْتِكْشافٍ وَتَفْسِير المُلاحَظاتِ العِلْمِيَّةِ. بِالإِضافَةِ إِلَى ذٰلِكَ، فَإِنَّ الإِشْعاع الحَرارِيِّ لِلكُوَيْكِب يُسَبِّب تُسارِعا غَيْرِ جاذِبَيَّ يَحْدُث تَغَيُّراتٍ زَمَنِيَّةٍ فِي مَداره وَدَوَرانه. لَقَد كُنّا نُطَوِّر مَكْتَبَةِ حِسابِيَّةً رَقْمَيْهِ لَمُحاكاة دِينامِيكِيّات وثيرموفيزياء الكُوَيْكِبات. يُمْكِن لمحاكي دِينامِيكِيّات الكُوَيْكِب، Astroshaper، أَنَّ يَحْسِب تَوْزِيعِ دَرَجَةِ الحَرارَةِ بِناءَ عَلَى نَمُوذَجَ شَكْلٍ ثُلاثِيّ الأَبْعاد لَكُوَيْكِب وَيَتَنَبَّآ بِالتَسارُع غَيْرِ الجاذبي. فِي السَنَواتِ الأَخِيرَةِ، تَمَّ تَجْهِيزِ مَهامِّ اِسْتِكْشافٍ الكُوَيْكِبات مِثْلَ Hayabusa2 وَ Hera بِأَجْهِزَةِ التَصْوِيرِ بِالأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ الحَرارِيَّةِ. يُمْكِن أَنَّ تُوَفِّر التَصْوِيرِ الحَرارِيِّ لِلكُوَيْكِب الخَصائِص الحَرارِيَّةِ لِمَوادِّ السَطْحِ لِلأَجْسام المُسْتَهْدَفَة. تُساهِم وَظِيفَةٍ النمذجه الثيرموفيزيائيه فِي Astroshaper فِي مُحاكاةَ البِيئَةِ الحَرارِيَّةِ عَلَى الكُوَيْكِبات، وَتَقْدِيرٍ الخَصائِص الحَرارِيَّةِ، وَالتَنَبُّؤ بِالتَطَوُّر الدِينامِيكِيّ الَّذِي تُتِحكُم فِيهِ الآثارِ غَيْرِ الجاذِبِيَّة.
| \(\sigma\) | : | ثابِتٌ ستِيفان-بولتزمان، |
| \(\tau\) | : | عَزْمِ الدَوْرانِ YORP عَلَى كُوَيْكِب، |
المُؤَشِّراتِ
نمذجه الخَصائِص الحَرارِيَّةِ هِيَ مُحاكاةَ عَدَدَيْهِ لِلحُصُولِ عَلَى تَوْزِيعِ دَرَجَةِ الحَرارَةِ عَلَى سَطْحِ الكُوَيْكِب. تَلْعَب نمذجه الخَصائِص الحَرارِيَّةِ دَوْراً حَيَوِيّا فِي جَوانِبَ العُلُومِ وَالهَنْدَسَةِ لِمُهِمَّةِ الأَجْسام الصَغِيرَةِ كَما يَلِي.
تُحاكِي نمذجه الخَصائِص الحَرارِيَّةِ البِيئَةِ الحَرارِيَّةِ حَوْلَ الكُوَيْكِب وَالَّتِي تُعْتَبَر حَرِجَةً لِعَمَلِيَّةِ الاِقْتِرابَ وَعَمَلِيَّةُ الهُبُوطِ عَلَى السَطْحِ.
مِن المُمْكِنِ رَسْمِ خَرِيطَةِ لِلعَزْلِ الحَرارِيِّ لِلكُوَيْكِب وَخُشُونَة السَطْحِ مِن خِلالَ مُقارَنَةً نمذجه الخَصائِص الحَرارِيَّةِ وَالطَيْف الحَرارِيِّ بِالأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ أَو التَصْوِيرِ (Okada2020-fj, Shimaki2020-cd, Senshu2022-oh).
يُمْكِن لنمذجه الخَصائِص الحَرارِيَّةِ التَنَبُّؤ بِالتَسارُع غَيْرِ الجاذبي عَلَى الكُوَيْكِب الناتِجِ عَن الإِشْعاع الحَرارِيِّ غَيْرِ المُتَماثِل. التَغَيُّراتِ فِي المَدارِ وَالدَوْرانِ لِلكُوَيْكِبات بِسَبَبِ الإِشْعاع الحَرارِيِّ تَعْرِف بِاِسْمِ تَأْثِيراتِ ياركوفسكي وَيُوَرِّب (Rubincam2000-tt, Bottke2006-dg).
تَطَوُّرِ المَدارِ بِواسِطَةِ تَأْثِيرِ ياركوفسكي مُهِمٌّ أَيْضاً لَتَقْيِيم خَطَرِ اِصْطِدامٍ الكُوَيْكِب بِالأَرْض فِي الدِفاعِ الكَوْكَبِيّ (Giorgini2002-vk, Farnocchia2021-wm).
قَد تُؤَدِّي التَغَيُّراتِ فِي دَرَجاتٍ حَرارَةُ السَطْحِ إِلَى إِخْراجِ المَوادِّ مِن الكُوَيْكِب وَنَوَى المُذْنِب (Rozitis2020-ab).
يُؤَثِّر ضَغْطِ الإِشْعاع الحَرارِيِّ مِن سَطْحِ الكُوَيْكِب عَلَى مَسارِ المَرْكَبَةِ الفَضائِيَّةِ أَو جَسِيمٌ القَذْفَ فِي مُحِيطِ الكُوَيْكِب (McMahon2020-fl, Pedros-Faura2022-mn).
يُسَبِّب الإِشْعاع الحَرارِيِّ تَحِيزا فِي الطَيْف الأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ لِلكُوَيْكِب. لِتَفْسِيرِ الطَيْف عِنْدَ \(\sim 3\) m أَو أَطْوال موجيه أَطْوَلِ، مِن الضَرُورِيِّ إِزالَةِ هٰذا “الذَيْل الحَرارِيِّ” (Simon2019-ui).
مَهَمَّتا دِفاعِ كَوْكَبَيَّ هَيَّرا وDART مُوَجَّهَتانِ نَحْوَ كُوَيْكِب ثُنائِيٍّ يَحْتَوِي عَلَى قَمَرَ صِناعِيٌّ (Rivkin2021-ou, Michel2022-af). نَجَحَت مُرَكَّبَةٌ الفَضاءِ DART فِي الاِصْطِدامِ بDimorphos، وَهُوَ قَمَرَ كُوَيْكِب ديديموس، فِي سِبْتَمْبِر 2022 (Daly2023-zu). تَمَّ تَقْدِيرٍ كَفاءَةِ نَقْلِ الزَخِمِ مِن الاِصْطِدامِ بِواسِطَةِ DART مِن خِلالَ التَغْيِيرِ فِي فَتْرَةٍ المَدارِ المُتَبادَلِ لِلكُوَيْكِب الثُنائِيِّ (Thomas2023-iw, Cheng2023-ty). مِن المُقَرِّرِ أَنَّ تَلْتَقِي مُرَكَّبَةٌ الفَضاءِ هَيَّرا بديديموس وDimorphos فِي دِيسَمْبِر 2026 لِمُراقَبَةِ الحُفْرَةُ الَّتِي شَكْلِها اِصْطِدامٍ DART بِالتَفْصِيلِ (Michel2022-af). يَقُود فَرِيقِ اليابانِ مَشْرُوعِ تَطْوِيرِ كامِيرا التَصْوِيرِ الحَرارِيِّ بِالأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ (TIRI) عَلَى مَتْنِ مُرَكَّبَةٌ الفَضاءِ هَيَّرا، وَالَّذِي يَقُوده مَعْهَدِ عُلُومِ الفَضاءِ وَرياده الفَضاءِ (ISAS). TIRI هُوَ خَلِيفَة لَكامِيرا التَصْوِيرِ الحَرارِيِّ بِالأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ (TIR) عَلَى Hayabusa2، مَعَ حَسّاسِيَّةٍ وَدِقَّة أَعْلَى وَسِتَّةِ مُرَشَّحات لَلَطِيف الضَوْئِيّ بِالأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ المُتَوَسِّطَةِ. سَتُوَفِّر لَنا تَصْوِيرَ الكُوَيْكِبات الحَرارِيِّ بِواسِطَةِ TIRI بَياناتٍ حَوْلَ القُصُورِ الحَرارِيِّ أَو كَثافَةُ الصُخُور وَالحَصَى الَّتِي تُشَكِّل الكُوَيْكِبات المُسْتَهْدَفَة، وَهُوَ أَمْرٌ ضَرُورِيٌّ لَتَقْيِيم كَفاءَةِ تَجْرِبَةِ تَحْوِيلِ مَسارِ الكُوَيْكِب بِواسِطَةِ DART.
تَمَّ تَطْوِيرِ العَدِيدَ مِن نَماذِجَ الخَصائِص الحَرارِيَّةِ الفِيزيائِيَّة لِلكُوَيْكِبات الفَرْدِيَّةِ. واحِدٍ مِن أَكْثَرَ النَماذِجِ تَفْصِيلاً هُوَ نَمُوذَجَ الخَصائِص الحَرارِيَّةِ الفِيزيائِيَّة المُتَقَدِّمِ (Advanced Thermophysical Model (ATPM)), بِما فِي ذٰلِكَ تَأْثِيرِ الخُشُونَة السَطْحِيَّةُ الصَغِيرَةِ الحَجْمِ (Rozitis2011-ux). لَقَد قُمْنا بِتَطْوِيرِ محاكي عَدَدَيَّ لَدِينامِيكِيّات وَالخَصائِص الحَرارِيَّةِ الفِيزيائِيَّة لِلكُوَيْكِبات، Astroshaper. تَمَّ تَطْوِيرِ هٰذا المحاكي فِي الأَصْلِ لَتَنَبُّؤ YORP لَكُوَيْكِب Ryugu، كُوَيْكِب الهَدَفَ لِمُهِمَّةِ Hayabusa2 (Kanamaru2021-rx). يَتِمّ تَطْوِيرِ Astroshaper كَمَشْرُوعٍ مَفْتُوحٍ المَصْدَرُ بِلُغَةِ بَرْمَجَةِ Julia فِي GitHub. نُقَدِّم هُنا تَقْرِيراً عَن وَظائِفِ نمذجه الخَصائِص الحَرارِيَّةِ الفِيزيائِيَّة المُنَفِّذَةِ فِي حَزْمه AsteroidThermoPhysicalModels.jl، أَحَدُ الوَحَداتِ الفَرْعِيَّةِ لِ Astroshaper. كَما تَتَوَفَّر بِعَضِّ أَكْواد العَيِّنَةُ لَمُحاكاة TPM فِي مُسْتَوْدَع Astroshaper-example. لَقَد قُمْنا بِتَوْسِيعِ قُدْراتٍ TPM لَكُوَيْكِب فَرْدِيٌّ لِتَطْبِيقِها عَلَى كُوَيْكِب ثُنائِيٍّ لِتَفْسِيرِ صُور TIRI لِكُوَيْكِبَيَّ Didymos وَDimorphos.
Astroshaperالنَمُوذَجِ الحَرارِيِّ الفِيزيائِيّ المُطْبَقَ فِي AsteroidThermoPhysicalModels.jl يَعْتَمِد عَلَى نَمُوذَجَ ثُلاثِيّ الأَبْعاد لَشَكَّلَ الكُوَيْكِب مُغَطَّى بِشَبَكَة مُثَلَّثَيْهِ. كَما هُوَ الحالِ فِي النَماذِجِ الحَرارِيَّةِ الفِيزيائِيَّة الأُخْرَى (Rozitis2011-ux)، يُمْكِنه حِسابِ تَوْزِيعِ دَرَجَةِ الحَرارَةِ لِلكُوَيْكِب مَعَ الأَخْذِ بِعَيْنِ الاِعْتِبارِ بِعَضِّ العَمَلِيّاتِ الحَرارِيَّةِ الفِيزيائِيَّة الأَساسِيَّةِ (أَنْظُر الجَدْوَلُ [tbl: thermophysics]): شَكْلٍ الكُوَيْكِب ثُلاثِيّ الأَبْعاد، التَوْصِيل الحَرارِيِّ أُحادِيٍّ البُعْدِ فِي اِتِّجاهِ العُمْقِ، التظليل بِواسِطَةِ الأُفُقِ المَحَلِّيِّ (أَيّ التظليل الذاتِيِّ)، وَإِعادَةِ اِمْتِصاصِ الضَوْء المُتَناثِرِ وَالإِشْعاع الحَرارِيِّ بِواسِطَةِ الواجِهات المُتَقابِلَة (أَيّ الاحترار الذاتِيِّ).
يَقُوم بَرْنامَجنا TPM بِحَلِّ مُعادَلَةِ تَوْصِيلِ الحَرارَةِ ذاتِ البُعْدِ الواحِدِ بِشَكْلٍ مُسْتَقِلٍّ عَلَى كُلِّ جانِبِ مِن أَوْجِهِ نَمُوذَجَ الشَكْلِ. بِفَرْضِ أَنَّ التَوْصِيلِيَّة الحَرارِيَّةِ \(k\) ثابِتَةٍ بِغَضِّ النَظَرِ عَن العُمْقِ \(z\)، تُصْبِح مُعادَلَةِ تَوْصِيلِ الحَرارَةِ كَما يَلِي. \[\frac{\partial T}{\partial t} = \frac{k}{\rho C_p} \frac{\partial^2 T}{\partial z^2} \label{eq: heat conduction}\] الشَرْطُ الحُدُودِيِّ عَلَى سَطْحِ الكُوَيْكِب (\(z=0\)) يُعْطَى بِالتَوازُن بَيِّنَ الضَوْء الساقِط عَلَى الوَجْهِ، تَدَفُّقِ الحَرارَةِ إِلَى الأَرْضِ، وَالإِشْعاع الحَرارِيِّ إِلَى الفَضاءِ. \[F_{\rm total} + k \left( \frac{\partial T}{\partial z} \right)_{z=0} = \varepsilon \sigma T^4_{z=0} \label{eq: upper boundary condition}\] حَيْثُ \(F_{\rm total}\) هُوَ مَجْمُوعُ الطاقَةِ الَّتِي يَمْتَصّها الوَجْهِ فِي كُلِّ خَطْوَةٍ زَمَنِيَّةٍ. \[F_{\rm total} = (1-A_{\rm B}) F_{\rm sun} + (1-A_{\rm B}) F_{\rm scat} + (1-A_{\rm TH}) F_{\rm rad} \label{eq: total flux}\] الإِشْعاع الشَمْسِيّ \(F_{\rm sun}\) هُوَ تَدَفُّقِ طاقَةِ يَأْخُذ فِي الاِعْتِبارِ مَيْلِ الوَجْهِ بِالنِسْبَةِ لَاِتِّجاه الشَمْسِ وَظَلَّ الاوجه المُحِيطَةِ. لِأَخْذِ تَأْثِيرِ الظِلِّ الذاتِيِّ فِي الاِعْتِبارِ، يَتِمّ تَعْيِينِ \(F_{\rm sun}\) إِلَى صِفْر عِنْدَما يَحْجُب الوَجْهِ الآخَرِ أَشِعَّة الشَمْسِ. يَتَبادَل الوَجْهِ تَدَفُّقِ الطاقَةِ مَعَ الاوجه المُتاخِمَةِ مِن خِلالَ إِعادَةِ اِمْتِصاصِ الضَوْء المُتَناثِرِ وَالإِشْعاع الحَرارِيِّ. \(F_{\rm scat}\) وَ \(F_{\rm rad}\) هِيَ تَدَفُّقاتٍ الطاقَةِ مِن الاوجه المُتاخِمَةِ إِلَى الوَجْهِ المَعْنِيَّ فِي الأَطْوال الموجيه المَرْئِيَّةِ وَالأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ الحَرارِيَّةِ عَلَى التَوالِي. فِي نَمُوذَجنا، يَتِمّ النَظَرِ إِلَى التشتت الفَرْدِيِّ فَقَط. التَدَفُّقِ الإِضافِيّ بِسَبَبِ التشتت المُتَعَدِّدِ ضَئِيلٍ لِجِسْمِ ذُو البيدو مُنْخَفِضٌ. يُعْطَى شَرْطَ الحُدُودِ العازِلِ بِحَيْثُ يَكُون التَدَرُّج الحَرارِيِّ صِفْرا فِي الخَلِيَّةِ السُفْلِيَّة. \[\left( \frac{\partial T}{\partial z} \right)_{z \rightarrow \infty} = 0 \label{eq: lower boundary condition}\] يُحِلّ بَرْنامَجِ TPM الخاصِّ بِنا المُعادَلات أَعْلاه بِاِسْتِخْدامِ مُخَطَّطٍ اويلر الصَرِيحِ. يَتِمّ حَلٍّ الشَرْطُ الحُدُودِيِّ الإِشْعاعِيّ الَّذِي يَتَضَمَّن مُصْطَلَحاً غَيْرِ خُطَى فِي المُعادَلَةَ ([eq: upper boundary condition]) بِاِسْتِخْدامِ طَرِيقَةِ نِيُوتُن-رافسون. وَهُوَ فِي طَوْرِ التَنْفِيذِ لِلسَماحِ لِلمُسْتَخْدَمِينَ بِاِخْتِيارِ حُلُولٍ ضِمْنِيَّةٍ وَذاتِ تَرْتِيبَ أَعْلَى.
يُمْكِن حِسابِ الاِضْطِراباتِ غَيْرِ الجاذِبِيَّة عَلَى الكُوَيْكِب مِن تَوْزِيعِ دَرَجَةِ الحَرارَةِ(Rozitis2012-jg). نَفْتَرِض أَنَّ جانِباً مِن نَمُوذَجَ الشَكْلِ يَعْكِس وَيَشِعّ بِشَكْلٍ مُتَساوٍ (أَيّ، مُبَعْثَر وَمُشِعّ لامبرتي). إِجْمالِيِّ إِشْعاع الضَوْء المُبَعْثَر وَالإِشْعاع الحَرارِيِّ الصادِرِ مِن الجانِبِ \(i\) هُوَ \[E_i = A_{\rm B} F_{{\rm sun}, \, i} + A_{\rm B} F_{{\rm scat}, \, i} + A_{\rm TH} F_{{\rm rad}, \, i} + \varepsilon \sigma T_i^4 \label{eq: emittance}\] يُمْكِن التَعْبِيرِ عَن القُوَّةِ الَّتِي يُمارِسها ضَغْطِ الفوتون عَلَى العُنْصُرُ كَما يَلِي. \[d\bm{f}_i = - \frac{2 E_i a_i}{3 c_0} \bm{\hat n}_i + \sum_{j \, \in \,{\rm visible\,from\,facet}\, i} \frac{E_i a_i}{c_0} f_{i,j} \, \frac{\bm{r}_j - \bm{r}_i}{|\bm{r}_j - \bm{r}_i|} \label{eq: facet thermal force}\] المُصْطَلَحِ الأَوَّلِ هُوَ مُكَوِّن القُوَّةِ العَمُودِيّ عَلَى عُنْصُرٍ السَطْحِ. يَتِمّ اِسْتِنْتاجِ مَعامِلِ \(-2/3\) مِن الإِشْعاع الايزوتروبي. المُصْطَلَحِ الثانِي يُمَثِّل المُكَوَّنِ الإِضافِيّ بِسَبَبِ التَفاعُل مَعَ الجَوانِبِ المَرْئِيَّةِ. الفوتونات المُمْتَصَّة مَرَّةً أُخْرَى تُمارِس قُوَّةٍ عَلَى طُولِ الاِتِّجاهِ مِن الجانِبِ \(i\) إِلَى الجانِبِ \(j\) بِنِسْبَةِ عامِلٍ الرُؤْيَةِ \(f_{i,j}\). يُشِير عامِلٍ الرُؤْيَةِ مِن الجانِبِ \(i\) إِلَى الجانِبِ \(j\) إِلَى جُزْء الاِمْتِصاص بِواسِطَةِ الجانِبِ \(j\) مِن الإِشْعاع مِن الجانِبِ \(i\) (Rozitis2012-jg, Lagerros1998-rn). \[f_{i,j} = \frac{\cos{\theta_i} \cos{\theta_j}}{\pi \, |\bm{r}_j - \bm{r}_i|^2} a_j \label{eq: view factor}\] حَيْثُ \(\theta_i\) وَ \(\theta_j\) هُما الزَوايا بَيِّنَ كُلِّ مُتَّجِه عَمُودَيَّ وَالخَطّ الَّذِي يَرْبِط بَيِّنَ الجانِبَيْنِ، وَ\(d_{i,j}\) يَدُلّ عَلَى المَسافَةِ بَيِّنَ الجانِبَيْنِ. يَجِب أَنَّ يَتِمّ أَخَذَ مَجْمُوعُ المُعادَلَةَ ([eq: facet thermal force]) فَقَط لِلجَوانِب المَرْئِيَّةِ مِن الجانِبِ \(i\). فِي شَفْرَتنا، يَتِمّ البَحْثِ عَن الجَوانِبِ المَرْئِيَّةِ مِن كُلِّ جانِبِ وَتَخْزِينها قِبَلَ تَنْفِيذِ نَمُوذَجَ الجَسِيم الحَرارِيِّ.
يَتِمّ الحُصُولِ عَلَى القُوَّةِ الكُلِّيَّةِ \(\alpha\) وَعَزْمٍ الدَوْرانِ \(\tau\) عَلَى الكُوَيْكِب بِدَمْجِ القُوَّةِ الحَرارِيَّةِ عَلَى كامِلٍ السَطْحِ. \[\alpha = \sum_i \left( \frac{\bm{r}_i}{|\bm{r}_i|} \cdot d\bm{f}_i \right) \, \frac{\bm{r}_i}{|\bm{r}_i|} \label{eq: total thermal force}\]
\[\tau = \sum_i \bm{r}_i \times d\bm{f}_i \label{eq: total thermal torque}\]
الاِضْطِرابِ فِي حَرَكَةِ مَرْكَزِ كُتْلَةِ الكُوَيْكِب يُسَبِّب الاِنْجِرافِ ياركوفسكي فِي المَدارِ، وَيُسَبِّب عَزْمِ الدَوْرانِ تَطَوُّرِ دَوَران يُوَرِّب.
يَجِب أَنَّ تُؤَخَّذ بِعَضِّ الديناميكا الحَرارِيَّةِ الإِضافِيَّة فِي الاِعْتِبارِ لَكُوَيْكِب ثُنائِيٍّ. لَقَد اُسْتُخْدِمْنا وَظائِفِ تَتْبَع الأَشِعَّة لِلكَشْفِ عَن الظِلال المَحَلِّيَّةِ عَلَى كُوَيْكِب واحِدٍ لَمُحاكاة كُسُوف بِواسِطَةِ زَوْج مِن الكُوَيْكِبات (أَيّ، التظليل المُتَبادَلِ). يُمْكِن أَنَّ تَحَدَّثَ نَوْعانِ مِن أَحْداثِ الكُسُوف: عِنْدَما يَقَع ظِلِّ القَمَر الصِناعِيِّ عَلَى الكُوَيْكِب الرَئِيسِيُّ وَعِنْدَما يَدْخُل القَمَر الصِناعِيِّ فِي ظِلِّ الكُوَيْكِب الرَئِيسِيُّ. يَتَبادَل الكُوَيْكِب الرَئِيسِيُّ وَالثانَوِيِّ الطاقَةِ عَن طَرِيقِ الإِشْعاع الحَرارِيِّ وَيُدْفِئانِ بِعَضِّهِما البَعْضُ. تَمَّ تَنْفِيذِ تَأْثِيرِ التَدْفِئَة المُتَبادَلَةِ هٰذا أَيْضاً. سَيَتِمّ تَنْفِيذِ تَأْثِيرِ الإِشْعاع الحَرارِيِّ بِالأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ الناتِجِ عَن خُشُونَةٍ السَطْحِ الصَغِيرَةِ الحَجْمِ فِي المُسْتَقْبَلِ.
لَقَد اُسْتُخْدِمْنا نَماذِجَ الأَشْكال ثُلاثِيَّةٌ الأَبْعاد وَنَوَى SPICE الَّتِي قَدَّمَتْها مُهِمَّةً هَيَّرا لَمُحاكاة حَرارِيَّةٍ فِيزيائِيّه لِلكُوَيْكِب الثُنائِيِّ ديديموس وديمورفوس. تَسْتَنِد نَماذِجَ الأَشْكال المُسْتَخْدَمَةِ فِي هٰذِهِ الدِراسَةُ إِلَى المُلاحَظاتِ الأَرْضِيَّة قِبَلَ تَجْرِبَةِ تَأْثِيرِ دارَت. يَجِب الإِشارَةُ إِلَى أَنَّ شَكْلٍ ديمورفوس يَقْرُب بِواسِطَةِ شَكْلٍ القِطَعِ الناقِص.
تَمَّ إِعْطاءِ عَزْمِ حَرارِيّ بِقِيمَةِ \(\Gamma = 403\) وَحْدَةِ عَزْمِ حَرارِيّ، وَالَّذِي يُمَثِّل قِيمَةَ نَمُوذَجِيَّةٍ لَكُوَيْكِب مِن النَوْعِ S (Delbo2015-zc). مِن الضَرُورِيِّ تَشْغِيلِ نَمُوذَجَ الإِدارَةِ الحَرارِيَّةِ عَلَى عَشَراتِ دَوْراتِ الحَرارَةِ مُقَدَّماً لِلحُصُولِ عَلَى تَوْزِيعِ دَرَجَةِ حَرارَةُ مُسْتَقِلٍّ عَن الظُرُوفِ الأَوَّلِيَّةِ. فِي هٰذِهِ الدِراسَةُ، تَمَّ تَنْفِيذِ نَمُوذَجَ الإِدارَةِ الحَرارِيَّةِ لِمُدَّةِ شَهْرَيْنِ (مِن الأَوَّلِ مِن يَنايِر إِلَى الأَوَّلِ مِن مارِس 2027) بُعْدَ أَنَّ تَمَّ إِعْطاءِ دَرَجاتٍ حَرارَةُ 0K فِي جَمِيعِ الاوجه لَنَماذِج الأَشْكال وَجَمِيعِ خَلايا العُمْقِ، مِمّا يُعادِل \(\sim 627\) دَوْرَةِ دَوَران لديديموس وَ \(\sim 119\) دَوْرَةِ مَدارَيْهِ مُتَبادَلَةٌ لديمورفوس. لَقَد تَأَكُّدنا مِن أَنَّ الحِسابِ قَد تَقارُبٍ بِشَكْلٍ كافٍ مِن حَيْثُ التَوازُنِ بَيِّنَ مدخلات الطاقَةِ وَمُخْرِجاتها عَلَى سَطْحِ كُلِّ كُوَيْكِب، حَيْثُ كانَ \(E_{\rm cons}\) أَكْبَرَ مِن 0.98 فِي الخَطْوَةِ الزَمَنِيَّةِ النِهائِيَّةِ. اُسْتُخْدِمْنا بَياناتٍ دَرَجَةِ الحَرارَةِ المُحاكاة لِمُدَّةِ 24 ساعَةً فِي الأَوَّلِ مِن مارِس 2027، لِلتَحْلِيل اللاحِقِ.
تُظْهِر اللَوْحاتِ العَلَوِيَّة وَالوَسَطِيّ خَرائِطِ دَرَجَةِ الحَرارَةِ لِكُلِّ مِن ديديموس وديمورفوس فِي الأَوْقات الَّتِي تَحَدَّثَ فِيها الأَحْداثِ المُتَبادَلَةِ، عَلَى التَوالِي. فِي اللَوْحَةُ العَلَوِيَّة، يُلْقِي ديمورفوس الظِلِّ حَوْلَ \((20^\circ \text{S}, 90^\circ \text{W})\) لديديموس فِي الساعَةَ 5:37 صَباحاً. بُعْدَ 5.96 ساعاتٍ أَو نِصْفِ فَتْرَةٍ مَدارِ ديمورفوس، يُمْكِن مُلاحَظَةُ ديمورفوس يَخْتَبِئ فِي ظِلِّ ديديموس (اللَوْحَةُ الوَسَطِيّ). تُظْهِر اللَوْحَةُ السُفْلِيَّة التَغَيُّراتِ فِي دَرَجَةِ الحَرارَةِ عَلَى مَرِّ الزَمَنِ فِي النِقاطِ المُشارِ إِلَيها بِالنِقاطِ الزَرْقاءَ عَلَى الخَرائِطَ أَعْلاه. يُمْكِن مُلاحَظَةُ حُدُوثِ اِنْخِفاضات سَرِيعَةٍ فِي دَرَجَةِ الحَرارَةِ بِعِدَةِ عَشَراتِ مِن الكلفنات خِلالَ أَحْداثِ الكُسُوف. مِن خِلالَ مُراقَبَةِ أَحْداثِ الكُسُوف بِالإِضافَةِ إِلَى دَوْراتِ الحَرارَةِ اليَوْمِيَّةِ، يُمْكِن التَحْقِيقِ فِي الخَصائِص الفِيزيائِيَّة الحَرارِيَّةِ المُقابَلَةِ لَأَعْماق مُخْتَلِفَةٍ بِواسِطَةِ تِيرِي. نَظَراً لِلشَكِّ الكَبِيرِ فِي مَيْلِ المَدارِ المُتَبادَلِ، سَيَتَبَيَّن بُعْدَ لِقاءِ هَيَّرا كَم مَرَّةً سَتَحْدُث أَحْداثِ الكُسُوف.
اِسْتِناداً إِلَى تَوْزِيعِ دَرَجَةِ الحَرارَةِ المَذْكُورِ أَعْلاه، قُمْنا أَيْضاً بِحِساب قُوَّةٍ الاِرْتِداد الحَرارِيِّ عَلَى كُلِّ جانِبِ مِن جَوانِبَ نَمُوذَجَ الشَكْلِ. قُمْنا بِدَمْجها عَلَى سَطْحِ النَمُوذَجِ لِلحُصُولِ عَلَى قُوَّةٍ وَعَزْمٍ غَيْرِ جاذبيين عَلَى الكُوَيْكِب الثُنائِيِّ. مِن خِلالَ المُتَوَسِّطِ عَلَى عِدَّةٍ دَوْراتِ، تَمَّ تَقْدِيرٍ مُكَوِّناتِ العَزْمِ لِلتَسارُع الدَوَرانِيّ كَالتالِي: \(\tau_{\rm Didy} = 0.19 \,\, {\rm N \cdot m}\) لديديموس وَ \(\tau_{\rm Dimo} = -1.1 \times 10^{-4} \,\, {\rm N \cdot m}\) لديمورفوس. يُشِير ذٰلِكَ إِلَى أَنَّ دَوَران ديديموس يَتَسارَع عَلَى مِقْياسِ زَمَنِيٍّ لِلتَأْثِيرِ الإِشْعاعِيّ الشَمْسِيّ (YORP) يَبْلُغ \(4.1 \times 10^6\) سَنَةً، أَيّ الزَمَنِ اللازِمِ لَمُضاعَفَة سُرْعَةٍ الدَوْرانِ. مِن ناحِيَةٍ أُخْرَى، يُؤَدِّي التَسارُع السَلْبِيِّ لديمورفوس إِلَى إِبْطاء دَوَرانه عَلَى مِقْياسِ زَمَنِيٍّ يَبْلُغ \(8.6 \times 10^4\) سَنَةً، مِمّا يُقَلِّل سُرْعَةٍ الدَوْرانِ إِلَى النِصْفِ.
عُمُوماً، فَإِنَّ دِقَّةٍ نَمُوذَجَ الشَكْلِ قِبَلَ الوُصُولِ غَيْرِ كافِيَةٍ لِلتَنَبُّؤ بِتَأْثِيرِ YORP الحَسّاسِ لِلتَضارِيس الصَغِيرَةِ الحَجْمِ (Statler2009-lx). يَجِب عَلَينا اِنْتِظارِ لِقاءِ هَيَّرا لِلحُصُولِ عَلَى تَنَبُّؤ أَدُقّ بِتَأْثِيرِ YORP عَلَى ديديموس وديمورفوس. نَمُوذَجَ الشَكْلِ المُسْتَخْدِمُ فِي هٰذِهِ الدِراسَةُ لديمورفوس هُوَ شَكْلٍ بَيْضَوِيّ اِسْتِناداً إِلَى المُلاحَظاتِ الأَرْضِيَّة. يَجِب أَنَّ يُلْغِي الشَكْلِ المُتَماثِل عَزْمِ الدَوْرانِ الحَرارِيِّ، وَلٰكِن تُؤَدِّي اللامتماثليه فِي تَوْزِيعِ دَرَجاتٍ الحَرارَةِ إِلَى نُشُوءِ عَزْمِ دَوَران غَيْرِ صِفْرَيَّ. مِن المُحْتَمَلِ أَنَّ يَكُون التَبْرِيدِ بِسَبَبِ الكُسُوف هُوَ سَبَبُ التَسارُع السَلْبِيِّ عَلَى القَمَر الصِناعِيِّ. قَد تُؤَدِّي التَغَيُّراتِ الحَرارِيَّةِ الجِذْرِيَّة إِلَى تَوْسِيعِ المَدارِ المُتَبادَلِ لِلكُوَيْكِب الثُنائِيِّ وَتَقْصِير عُمْرِهِ الدِينامِيكِيّ.
لَقَد قُمْنا بِالإِبْلاغ هُنا عَن محاكي الديناميكا الفَلَكِيَّة لِلكُوَيْكِبات، Astroshaper. لَقَد طَوَّرَنا مُحاكاةَ ثيرموفيزيائيه لِمُهِمَّةِ هَيَّرا الَّتِي تَنْطَبِق عَلَى كُوَيْكِب ثُنائِيٍّ. مِن المُتَوَقَّعِ أَنَّ يُسْهِم هٰذا الأَداة فِي تَخْطِيطِ عَمَلِيّاتِ الاِسْتِشْعارِ بِالأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ الحَرارِيَّةِ وَدِراسَةِ دِينامِيكِيّات الكُوَيْكِب الثُنائِيِّ الَّتِي يَتَحَكَّم بِها التَأْثِيراتِ غَيْرِ الجاذِبِيَّة.
لَقَد دَعَّمَت هٰذِهِ الدِراسَةُ مِن قِبَلَ مِنْحَةً جَمْعِيَّةِ تَعْزِيزِ العُلُومِ اليابانِيَّةِ تَحْتَ رَقْمِ JP17H06459 (مَشْرُوعِ عُلِمَ الكَواكِب المائِيَّةِ) وَرَقْم JP22J00435/JP22KJ0728. كَما دَعَّمَت هٰذِهِ الأَعْمالِ مِن قِبَلَ مِنْحَةً بَرْنامَجِ مَرْكَزِ البَحْثِ المُشْتَرَكِ المُتَمَيِّزِ التابِعِ لِوِزارَةِ التَعْلِيمِ وَالثَقافَةِ وَالرِياضَةِ وَالعُلُومِ وَالتِكْنُولُوجِيا بِرَقْم JPMXP0622717003. يَعْتَرِف G. Tommei بِالدَعْمِ مِن وِكالَةُ الفَضاءِ الإِيطالِيَّةِ (مِنْحَةً 2022-8-HH.0).