RELATIVISTIC THERMAL RE-EMISSION MODEL

Abstract

All bodies in the universe are constantly absorbing heat from surrounding thermal sources. This heat will be reemitted after a time lag. The temperature at each point of the heated surface will determine the frequencynof the photons sent out in such way that the total momentum associated to this process of energy loss depends on how the temperature is distributed at the surface. If the total momentum is not null, a thermal force will be produced whose intensity and direction will depend, fundamentally, on the temperature distribution at the surface: points with high temperature will re-emit photons with high frequencies and vice-versa. High frequency implies a great loss of momentum in the emission direction, and consequently great re-emission force in the opposite direction. But, not only the temperature can determine the frequency of the photons sent out but also the state at rest or movement of the body. When it presents some kind of movement (rotation, translation, etc.), the Doppler effect will change the frequencies of these photons and the frequencynmust be replaced byn¢. As a consequence, the resulting force will change too. In this work, we model the temperature variation (frequency variation) due to the Doppler effect and apply the new temperature distribution in the thermal re-emission model. The total force obtained by this "relativistic" thermal re-emission model has two terms: 1) the standard thermal re-emission force (without Doppler considerations) and 2) the relativistic correction of this force, similar to the standard Poynting-Robertson force. The thermal re-emission model presented here indicates that, in general, most of the several disturbing forces can be unified, providing a new and simple view for the understanding of the entire physics involved in such phenomena.

Keywords :Thermal re-emission; Poynting-Robertson; Doppler; Unified model; Non-gravitational effects.

Modelo relativistico de re-emissão térmica

Todos os corpos no universo estão constantemente absorvendo calor das fontes de energia térmica ao seu redor. Este calor, após um certo lapso de tempo, será re-emitido. A temperatura de cada ponto na superfície aquecida irá determinar a freqüência n dos fótons re-emitidos, de tal forma que o momentum total relacionado à este processo de perda de energia depende de como a temperatura está distribuída na superfície. Se o momentum resultante não é nulo, surgirá uma força térmica cujas direção e intensidade irão depender, fundamentalmente, dessa distribuição de temperaturas na superfície: pontos com temperatura alta irão re-emitir fótons com altas freqüências e vice-versa. Freqüência alta implica em uma grande perda de momentum na direção de emissão, e conseqüentemente, uma grande força de re-emissão na direção oposta. Não é apenas a temperatura que pode determinar a freqüência dos fótons emitidos mas, também, o estado de repouso ou movimento do corpo. Quando este apresenta algum tipo de movimento (rotação, translação, etc.) o efeito Doppler irá alterar as freqüências destes fótons e a freqüênciandeverá ser substituída porn¢. Como conseqüência, a força resultante será alterada, também. Neste trabalho, a variação da temperatura (variação de freqüência) devida ao efeito Doppler é modelada e a nova distribuição de temperaturas é aplicada ao modelo de re-emissão térmica. A força total obtida por este modelo "relativístico" de re-emissão térmica possui dois termos: 1) a força de re-emissão térmica padrão (sem considerações Doppler, e 2) a correção relativística a esta força que é semelhante à força Poynting-Robertson padrão. O modelo de re-emissão térmica, apresentado aqui demonstra que, de forma geral, a maioria das forças de perturbação pode ser unificada, conduzindo a um ponto de vista novo e simples, capaz de prover a compreensão de toda a física envolvida em fenômenos deste tipo.

Keywords :Re-emissão térmica; Poynting-Robertson; Doppler; Modelo unificado; Efeitos não-gravitacionais.