ディディモスとディモルフォス：人類が初めて動かした小惑星の衛星

ディディモス（双子）とその影ディモルフォス

地球近傍小惑星の連星システム

連星システムディディモス–ディモルフォスは、S型地球近傍小惑星のペアです。 1996年に発見されたディディモス（ギリシャ語で「双子」の意味）の直径は約780メートルで、自転周期は2.26時間です。 その伴星ディモルフォス（ギリシャ語で「二つの形」の意味）の直径は約160メートルで、ディディモスの周りを平均距離1.18 km、公転周期11時間55分で公転しています。

N.B.：
S型地球近傍小惑星は、ケイ酸塩と金属に富み、主にカンラン石と輝石で構成されています。 高いアルベド (\(0.20 < p_V < 0.35\)) は比較的若い表面を示しています。 これらの天体は、ディディモスのように、太陽系の内側領域で一般的であり、NEOファミリーに属しています。

相互軌道上の瓦礫の山

これら2つの小惑星は、弱い重力で結びついた切り離せないペアを形成しています。 これらは固体の岩塊ではなく、瓦礫の山であり、非常に脆く不規則な形をしています。 つまり、微小な重力で結びついた2つの岩の集まりです。

非対称な重力ダイナミクス

ディディモス–ディモルフォスシステムの科学的関心は、軌道の安定性と2つの天体の間の質量の顕著なコントラスト（質量比は約1:35）にあります。 ディディモス（「双子」）はその重力でシステムを支配し、ディモルフォスは小さな衛星として、その表面は主星によって投影される光と影の交互の影響を常に受けています。

N.B.：
「ディモルフォス」という名前は、古代ギリシャ語で文字通り「二つの形を持つ」という意味です。 これは、天然の衛星と実験的なターゲットという二重の性質を指しており、DARTの衝突によって形状と軌道が変化しました。

実験的背景：DART、ターゲット、測定

DARTミッションの理想的なターゲット

このシステムの幾何学的特性により、地球から観測される掩蔽と照明効果を通じて、軌道周期の変化を正確に測定することができます。 この特性が、2022年のDARTミッション（NASA）を可能にしました。このミッションは、運動量衝突による軌道偏向をテストするためのものです。 ディディモスとその「影」ディモルフォスの研究は、小天体の内部凝集力と太陽系における連星システムの複雑なダイナミクスを理解するための自然なモデルを提供します。

ディモルフォスへの衝突

DARTミッション（運動量衝突）は、2022年9月26日にディモルフォスに衝突し、制御された運動量衝突によって地球近傍天体の軌道を変更する能力を実証しました。 ディディモス–ディモルフォス連星システムの選択により、正確な測定が可能になりました：衛星の軌道周期は、地球からの相互掩蔽による光度測定によって、衝突前後でアクセス可能です。 統合された分析により、周期が約33分短縮されたことがわかりました（−33.0 ± 1.0分）。

軌道変化の物理的側面

密接な連星システムの場合、軌道周期 \(T\) は平均距離 \(a\) と総質量 \(M\) に関連しており、ケプラーの第三法則の簡略化された形式で表されます： \(\; T = 2\pi \sqrt{\dfrac{a^{3}}{G M}}\;\)。
天文学の基本法則： ケプラーによって述べられた単純な重力則があります：軌道する天体が軌道の中心に近いほど、速く動きます。これは地球が太陽の周りを、月が地球の周りを、ディモルフォスがディディモスの周りを公転する場合に当てはまります。

衝突の効果：減速

DARTミッションは、よく信じられているようにディモルフォスを「横に押す」のではなく、主にその軌道上で減速させました。

結果：低く速い軌道

減速することで、DARTはディモルフォスが軌道を維持するためのエネルギーの一部を失わせました。その結果、ディモルフォスはディディモスの引力に対して以前ほど抵抗できなくなり、近づきました。 ケプラーの法則によれば、近づくにつれて軌道速度が増加します。「距離が短くなる」＋「速度が速くなる」の組み合わせにより、1周するのにかかる総時間（軌道周期）が短くなります。

観測された結果

これはまさに測定されたことです：ディモルフォスの軌道は小さくなり速くなり、「月」が33分短くなりました。この劇的な変化は、衝突が小惑星の軌道を実際に変えた直接的な証拠です。

ディモルフォスの力学的影響（構造、形状、回転）

近接データと画像は、ディモルフォスがおそらく 瓦礫の山であることを示しています。 凝集力の低い構造は、大量の噴出物の生成と衝突後の変形を促進します。 研究では、形状が扁平（極で平ら）から長球（軸に沿って伸びた）に変化したことが示されています。

展望：ヘラミッションと詳細な特性評価

欧州宇宙機関（ヘラミッション）は、ディディモスシステムに到達し、 クレーターの形態、ディモルフォスの質量と内部特性を現場で測定し、 運動量伝達モデルを検証することを目的としています。

ヘラは、\(\beta\)を正確に推定し、ブロックのサイズ分布をマッピングし、巨視的な多孔性を評価することを可能にします。 これらの測定は、運動量衝突法の地球にとって潜在的に危険な天体へのスケーラビリティを導き出すために不可欠です。

イベントと情報源のまとめ表

以下は、主要な実験的マイルストーンの総合的な表で、観測可能な参照が含まれています。

出典: NASA – DARTミッション と ESA – ヘラミッション。