Didymos e Dimorphos: a primeira lua de asteroide movida pela humanidade
Didymos, o gêmeo, e sua sombra Dimorphos
Um sistema binário de asteroides próximos à Terra
O sistema binário Didymos–Dimorphos é um par de asteroides próximos à Terra do tipo S. Descoberto em 1996, Didymos (do grego "gêmeo") mede cerca de 780 metros de diâmetro e gira em torno de si mesmo em 2,26 horas. Seu companheiro, Dimorphos (do grego "com duas formas"), com um diâmetro de cerca de 160 metros, orbita Didymos a uma distância média de 1,18 km com um período orbital de 11 horas 55 minutos.
N.B.:
Os asteroides próximos à Terra do tipo S são ricos em silicatos e metais, compostos principalmente por olivina e piroxênio. Seu alto albedo (\(0,20 < p_V < 0,35\)) indica superfícies relativamente jovens. Esses objetos, como Didymos, são comuns na região interna do Sistema Solar e pertencem à família dos NEO.
Pilhas de entulho em órbita mútua
Esses dois asteroides formam um duo inseparável, mantidos juntos por sua fraca gravidade. Não são blocos de rocha sólida, mas sim pilhas de entulho, o que os torna muito frágeis e de forma irregular. Em outras palavras, são dois aglomerados de rochas mantidos juntos por uma gravidade mínima.
Dinâmica gravitacional assimétrica
O interesse científico no sistema Didymos–Dimorphos reside em sua estabilidade orbital e no marcado contraste de massa entre os dois corpos (a relação de massa é de aproximadamente 1:35). Didymos, o "gêmeo", domina o sistema com sua gravidade, enquanto Dimorphos, menor, age como um satélite natural cuja superfície experimenta constantemente a alternância de luz e sombra projetada por seu corpo primário.
N.B.:
O nome "Dimorphos" significa literalmente "com duas formas" em grego antigo. Refere-se à dupla natureza do objeto: satélite natural e alvo experimental, cuja forma e órbita foram alteradas pelo impacto da DART.
Contexto experimental: DART, alvo e medições
Um alvo ideal para a missão DART
A geometria desse sistema permite medir com precisão a variação do período orbital por meio de ocultações e efeitos de iluminação observados da Terra. Essa característica tornou possível a missão DART da NASA em 2022, projetada para testar o desvio orbital por impacto cinético. O estudo de Didymos e sua "sombra" Dimorphos fornece um modelo natural para entender a coesão interna de 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 alterar a trajetória de um objeto próximo à Terra por meio de um impacto cinético controlado. A escolha do sistema binário Didymos–Dimorphos permitiu uma medição precisa: o período orbital do satélite antes e depois do impacto é acessível por fotometria da Terra por meio de ocultações mútuas. As análises consolidadas mostraram um encurtamento do período de cerca de 33 minutos (−33,0 ± 1,0 min).
Aspectos físicos da mudança orbital
Para um sistema binário próximo, o período orbital \(T\) está relacionado à distância média \(a\) e à massa total \(M\) pela forma reduzida da terceira lei de Kepler adaptada para 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 próximo um objeto está do que orbita, mais rápido ele se move. Isso é verdade para a Terra em torno do Sol, a Lua em torno da Terra e Dimorphos em torno de Didymos.
O efeito do impacto: uma desaceleração
A missão DART não "empurrou" Dimorphos para o lado, como muitos acreditam. Ela principalmente o freou em sua órbita.
A consequência: uma órbita mais baixa e mais rápida
Ao freá-lo, a DART fez com que Dimorphos perdesse parte da energia que o mantinha em sua órbita. Como resultado, ele não pôde resistir tanto à atração de Didymos e se aproximou. De acordo com a lei de Kepler, ao se aproximar, sua velocidade orbital aumentou. A combinação de "distância mais curta" + "velocidade mais alta" resulta em um tempo total para completar uma órbita (o período orbital) que diminui.
O resultado observado
Isso é exatamente o que foi medido: a órbita de Dimorphos ficou menor e mais rápida, encurtando seu "mês" em 33 minutos. Essa mudança espetacular é uma prova direta de que o impacto alterou com sucesso a trajetória do asteroide.
Implicações mecânicas para Dimorphos (estrutura, forma e rotação)
Dados próximos e imagens indicam que Dimorphos é provavelmente um monte de entulho. Uma estrutura pouco coesa favorece a geração de ejeções volumosas e deformações pós-impacto. Estudos mostraram uma mudança de forma, de oblata (achatada nos polos) → prolata (alongada ao longo de um eixo).
Perspectivas: a missão Hera e a caracterização fina
A Agência Espacial Europeia (missão Hera) tem como objetivo chegar ao sistema Didymos para medir in situ a morfologia da cratera, a massa e as propriedades internas de Dimorphos, e validar os modelos de transferência de momento.
Hera permitirá estimar com precisão \(\beta\), mapear a distribuição de tamanho dos blocos e avaliar a porosidade macroscópica. Essas medições são essenciais para deduzir a escalabilidade do método de impacto cinético para corpos potencialmente perigosos para a Terra.
Tabela resumo de eventos e fontes
Abaixo está uma tabela sintética dos principais marcos experimentais, com referências observáveis.
| Ano | Evento | Missão ou observatório | Comentário |
|---|---|---|---|
| 1996 | Descoberta do asteroide Didymos | Observatório Kitt Peak | Identificado como um asteroide próximo à Terra do tipo S |
| 2003 | Descoberta do satélite Dimorphos | Observatório de Arecibo | Observação por radar revelando o sistema binário Didymos–Dimorphos |
| 2022 | Impacto da missão DART em Dimorphos | DART – NASA | Primeira demonstração de desvio orbital por impacto cinético |
| 2024–2026 | Preparação e lançamento da missão Hera | ESA | Observação da cratera formada e medição precisa do desvio |
Fonte: NASA – Missão DART e ESA – Missão Hera.
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O quase-satélite da Terra: 2016 HO3 Didymos e dimorphos
Conceito de defesa planetária
Milhões de asteróides freqüentam a região do espaço entre Marte e Júpiter. Todos esses objetos estão sujeitos às leis da mecânica celeste e seu balé ao redor do Sol é caótico por natureza. A menor perturbação é suficiente para perturbar sua órbita.
Os asteroides são vizinhos próximos e de uma forma ou de outra estão ligados ao nosso destino principalmente aos NEOs que cruzam nossa órbita.
Existem cerca de 20.000 asteróides que cruzam a órbita da Terra, 15% dos quais são binários.
Cerca de 4.700 asteróides são classificados como potencialmente perigosos porque têm pelo menos 140 m de diâmetro (limiar de desastre na escala de uma região ou de um pequeno país).
Os impactos de asteróides são de baixa probabilidade, mas de alta consequência, e é por isso que os cientistas estão antecipando maneiras viáveis de evitar esse tipo de risco maior.
| Asteroid impacts | ||
| Size | Periodicity | Impact |
| 10 m | 1 year | Bright flash |
| 50 m | 100 years | Air burst |
| 100 m | 1000 years | 1 km diameter crater |
| 1 km | 300 000 years | 15 km diameter crater |
| 10 km | 100 million years | Extinction of civilization |
Para realizar um teste de defesa planetária, um par de asteroides foi escolhido para medir os efeitos de um impacto de uma sonda nas órbitas do sistema binário.
O casal escolhido é o asteróide próximo da Terra Didymos (em grego "gêmeo") que tem um diâmetro de 780 m e seu satélite Dimorphos (em grego "que tem duas formas") que tem um diâmetro de 163 m e que orbita em sincronia rotação em torno de Didymos em 11 horas e 55 minutos a uma distância de 1 180m.
Didymos é o alvo da sonda AIDA (ESA) da missão DART (NASA), que decolou em 23 de novembro de 2021 para um impacto esperado entre 26 de setembro e 1º de outubro de 2022.
A missão Hera (ESA) será lançada em 2024 para uma chegada a Didymos em janeiro de 2027. Ela observará os efeitos dinâmicos do impacto da missão DART.
N.B.:
os NEOs são constantemente monitorados por um sistema automatizado (Sentry) que analisa a maioria dos asteróides perigosos e estima as possibilidades de impacto futuro com a Terra, durante os próximos 100 anos.
O maior conhecido NEO Ganimedes (1036) tem mais de 31 km de comprimento. Passará a 55 milhões de km da Terra em 13 de outubro de 2024.
Imagem: Apesar de ser um par de asteróides próximos da Terra, Didymos e Dimorphos não representam ameaça para a Terra nos próximos 100 anos, inclusive depois que o DART caiu em sua superfície.
Crédito: NASA / Johns Hopkins APL
Impactador Cinético DART
A missão DART (Double Asteroid Redirection Test) lançou uma sonda espacial pesando cerca de 600 kg para colidir com Dimorphos em 2022.
O objetivo é avaliar os efeitos de um impacto cinético (6 km/s) de uma espaçonave na trajetória de um pequeno asteroide, pois é possível que no futuro precisemos desviar a trajetória de um asteroide potencialmente perigoso.
A escolha de direcionar Dimorphos, o satélite de Didymos, torna possível medir com precisão a mudança na trajetória de um pequeno asteroide. Dada a razão de massa e apesar da velocidade muito alta da espaçonave, a mudança na trajetória de Dimorphos deve modificar seu período orbital apenas muito ligeiramente (cerca de 1%). Além disso, os cientistas não querem modificar a trajetória do Didymos porque pode se tornar perigoso, o que não é hoje.
Mesmo que a missão funcione conforme o planejado, não é certo que a trajetória do Dimorphos seja modificada porque não conhecemos sua composição e sua estrutura interna.
Se o solo for macio o impacto será nulo, se o objeto for compacto, toneladas de material ejetado serão pulverizadas, uma cratera aparecerá e sua trajetória deverá ser levemente modificada.
O nano-satélite LICIACube do tamanho de uma caixa de sapatos, conectado à sonda durante a jornada até o alvo, se separará da sonda antes do impacto para sobrevoar Dimorphos três minutos após o impacto e transmitir as imagens.
Em 2022, mais de dez dos telescópios mais poderosos do planeta serão mobilizados por várias noites para observar o efeito do impacto em Dimorphos.
Em 2027, as consequências do impacto serão filmadas pela missão Hera, que é colocar uma sonda em órbita ao redor de Didymos. Assim teremos uma experiência real perfeitamente documentada que permitirá validar as simulações numéricas de impactos.
