Didymos e Dimorphos: a primeira lua de asteroide a ter sido deslocada pelo Homem

Didymos, o gémeo, e a sua sombra Dimorphos

Um par de asteroides próximos da Terra

O sistema binário Didymos–Dimorphos é um par de asteroides pertencentes à classe dos asteroides (pequenos corpos rochosos e metálicos do Sistema Solar) próximos da Terra de tipo S. Descoberto em 1996, Didymos (do grego «gémeo») mede cerca de 780 metros de diâmetro e gira sobre si mesmo em 2,26 horas. O seu companheiro Dimorphos (do grego «de duas formas»), com um diâmetro de cerca de 160 metros, orbita em torno de Didymos a uma distância média de 1,18 km com um período orbital de 11 h 55 min.

N.B.:
Os asteroides próximos da Terra de tipo S são asteroides ricos em silicatos e metais, compostos principalmente de olivina e piroxena. O seu albedo elevado (\(0,20 <p_V <0,35\)) indica superfícies relativamente jovens. Estes objetos, como Didymos, são frequentes na região interna do Sistema Solar e pertencem à família dos NEO (near-Earth Objects).

Montes de escombros em órbita mútua

Estes dois asteroides formam um duo inseparável, mantidos juntos pela sua fraca gravidade. Não são blocos de rocha sólida, mas antes montes de escombros (agregados de detritos ligados unicamente pela gravidade) que se aglomeraram, o que os torna muito frágeis e de forma irregular. Por outras palavras, são dois amontoados de seixos mantidos juntos por uma gravidade minúscula.

Uma dinâmica gravitacional assimétrica

O interesse científico do sistema Didymos–Dimorphos reside na sua estabilidade orbital e no marcado contraste de massa entre os dois corpos (a razão de massa é de cerca de 1:35). Didymos, o «gémeo», domina o sistema pela sua gravidade, enquanto Dimorphos, mais pequeno, atua como um satélite natural cuja superfície sofre permanentemente a alternância de fluxo luminoso e de sombras projetadas pelo seu astro primário.

N.B.:
O nome «Dimorphos» significa literalmente «que tem duas formas» em grego antigo. Refere-se à dupla natureza do objeto: satélite natural e alvo experimental, cuja forma e órbita foram modificadas pelo impacto do DART.

Contexto experimental: DART, alvo e medições

Um alvo ideal para a missão DART

A geometria deste sistema permite medir com precisão a variação do período orbital graças às ocultações e aos efeitos de iluminação observados a partir da Terra. É esta particularidade que tornou possível a missão DART (Double Asteroid Redirection Test) da NASA em 2022, destinada a testar o desvio orbital por impacto cinético. O estudo de Didymos e da sua «sombra» Dimorphos fornece assim um modelo natural para compreender a coesão interna dos pequenos corpos e a dinâmica complexa dos sistemas binários no Sistema Solar.

Impacto com Dimorphos

A missão DART (impacto cinético) colidiu com Dimorphos em 26 de setembro de 2022 para demonstrar a capacidade de modificar a trajetória de um corpo próximo da Terra através de um impacto cinético controlado. A escolha do sistema binário Didymos–Dimorphos permitia uma medição precisa: o período orbital do satélite antes e depois do impacto é acessível por fotometria a partir da Terra graças às ocultações mútuas. As análises consolidadas mostraram um encurtamento do período de cerca de 33 minutos (−33,0 ± 1,0 min).

Aspetos físicos da mudança orbital

Lei de Kepler e período orbital

Para um sistema binário compacto, o período orbital \(T\) está relacionado com a distância média \(a\) e a massa total \(M\) pela forma reduzida da 3.^a lei de Kepler adaptada às pequenas massas: \(\; T = 2\pi \sqrt{\dfrac{a^{3}}{G M}}\;\).
Uma lei fundamental da astronomia: Existe uma regra gravitacional simples, enunciada por Kepler, que diz: quanto mais perto um objeto está daquilo em torno do qual orbita, mais depressa gira. Isto é verdade para a Terra em torno do Sol, para a Lua em torno da Terra, e para Dimorphos em torno de Didymos.

O efeito do impacto: uma travagem

A missão DART não «empurrou» Dimorphos lateralmente como se acredita frequentemente. Principalmente travou-o na sua trajetória.

A consequência: uma órbita mais baixa e mais rápida

Ao travá-lo, o DART fez Dimorphos perder um pouco da energia que lhe permitia manter-se na sua órbita. Resultado: já não pôde resistir tanto à atração de Didymos e aproximou-se. E segundo a lei de Kepler, ao aproximar-se, a sua velocidade orbital aumentou. O combo «distância mais curta» + «velocidade mais elevada» traduz-se num tempo total para dar uma volta (o período orbital) que, ele, diminui.

O resultado observado

Foi exatamente o que se mediu: a órbita de Dimorphos tornou-se mais pequena e mais rápida, o que encurtou o seu «mês» em 33 minutos. Esta mudança espetacular é a prova direta de que o impacto modificou bem a trajetória do asteroide.

Implicações mecânicas para Dimorphos (estrutura, forma e rotação)

Estrutura interna e coesão

Os dados de proximidade e a imagem indicam que Dimorphos é provavelmente um rubble pile (agregado de blocos ligado pela gravidade, com pouca coesão mecânica). Uma estrutura pouco coesa favorece a geração de ejetos volumosos e de deformações pós-impacto. Estudos mostraram uma mudança de forma, de oblato (achatado nos polos) a prolato (alongado ao longo de um eixo).

Perspetivas: a missão Hera e a caracterização fina

Medir in situ as propriedades de Dimorphos

A Agência Espacial Europeia (missão Hera) tem por missão chegar ao sistema Didymos a fim de medir in situ a morfologia da cratera, a massa e a propriedade interna de Dimorphos, e de validar os modelos de transferência de impulso.

Hera deve permitir estimar com precisão \(\beta\), cartografar a distribuição de tamanhos dos blocos e avaliar a porosidade macroscópica. Estas medições são essenciais para deduzir a escalabilidade do método de impacto cinético a corpos potencialmente perigosos para a Terra.

Quadro resumo dos acontecimentos e fontes

Cronologia do desvio

Abaixo, um quadro sintético das principais etapas experimentais, com referências observáveis.