La physique de l’écrasement d’un vaisseau spatial sur un astéroïde

Il y a quelques choses à remarquer. Tout d’abord, après la collision, DART recule, car il a rebondi. Puisque la vitesse est un vecteur, cela signifie qu’elle aura une impulsion négative dans cet exemple unidimensionnel.

Deuxièmement, l’équation de l’énergie cinétique traite du carré de la vitesse. Cela signifie que même si DART a une vitesse négative, il a toujours une énergie cinétique positive.

Nous avons juste deux équations et deux variables, donc ces équations ne sont pas impossibles à résoudre, mais elles ne sont pas non plus triviales. Voici ce que vous obtiendriez si vous faisiez le calcul. (Si vous voulez vraiment tous les détails, je vous ai couvert.)

Illustration : Rhett Allain

En utilisant les valeurs de DART et Dimorphos, cela donne une vitesse finale de 1,46 mm/s. C’est deux fois la vitesse de recul pour la collision inélastique. Depuis que le vaisseau spatial DART rebondit, il a un beaucoup plus grand changement de momentum (passant du positif au négatif). Cela signifie que Dimorphos aura également un plus grand changement d’élan et un plus grand changement de vitesse. C’est encore un petit changement, mais deux fois quelque chose de minuscule est plus grand que minuscule.

Les collisions élastiques et inélastiques ne sont que les deux extrémités du spectre des collisions. La plupart se situent quelque part entre les deux, en ce sens que les objets ne collent pas ensemble mais que l’énergie cinétique n’est pas conservée. Mais vous pouvez voir à partir des calculs ci-dessus que la meilleure façon de modifier la trajectoire d’un astéroïde est une collision élastique.

En regardant les images de Dimorphos après la collision, il semble qu’il y ait au moins du matériel éjecté de l’astéroïde. Étant donné que les débris se déplacent dans la direction opposée au mouvement d’origine de DART, il semble que le vaisseau spatial ait partiellement rebondi, montrant l’augmentation du changement de l’élan de Dimorphos. C’est ce que vous voulez voir si votre objectif est de faire bouger un rocher spatial. Sans aucun matériau éjecté, vous auriez quelque chose de plus proche d’une collision inélastique avec une vitesse de recul d’astéroïde plus faible.

Comment mesurer le résultat de l’impact ?

Comme vous pouvez le voir dans l’exemple précédent, le meilleur scénario modifierait la vitesse de l’astéroïde de seulement 1,34 millimètre par seconde. Mesurer un changement de vitesse aussi petit est tout un défi. Mais Dimorphos a une fonctionnalité bonus : il fait partie d’un système à double astéroïde. Rappelez-vous, il orbite autour de son plus grand partenaire, Didymos. C’est l’une des raisons pour lesquelles la NASA a choisi cette cible. La clé pour trouver l’effet d’un vaisseau spatial qui s’écrase sur Dimorphos sera de mesurer sa période orbitale, ou le temps qu’il faut à l’objet pour faire une orbite complète, et de voir s’il a changé après la collision.

Dimorphos orbite autour de Didymos selon la même physique qui fait que la lune orbite autour de la Terre. Puisqu’il y a une interaction gravitationnelle entre eux, Didymos attire Dimorphos vers leur centre de masse commun – un point beaucoup plus proche du centre de Didymos, car il est plus grand. Cette force gravitationnelle ferait éventuellement entrer en collision les deux objets s’ils partaient tous les deux du repos. Mais ce n’est pas le cas. Au lieu de cela, Dimorphos a une vitesse qui est principalement perpendiculaire à cette force gravitationnelle, ce qui le fait se déplacer sur une orbite autour du centre de masse. Il est possible (mais pas absolument nécessaire) que cette orbite soit circulaire.