Didymos et Dimorphos : la première lune d’astéroïde à avoir été déplacée par l’Homme

Didymos, le jumeau, et son ombre Dimorphos

Un couple d’astéroïdes géocroiseurs

Le système binaire Didymos–Dimorphos est un couple d’astéroïdes appartenant à la classe des astéroïdes géocroiseurs de type S. Découvert en 1996, Didymos (du grec « jumeau ») mesure environ 780 mètres de diamètre et tourne sur lui-même en 2,26 heures. Son compagnon Dimorphos (du grec « à deux formes »), d’un diamètre d’environ 160 mètres, orbite autour de Didymos à une distance moyenne de 1,18 km avec une période orbitale de 11 h 55 min.

N.B. :
Les géocroiseurs de type S sont des astéroïdes riches en silicates et en métaux, composés principalement d’olivine et de pyroxène. Leur albédo élevé (\(0,20 < p_V < 0,35\)) indique des surfaces relativement jeunes. Ces objets, comme Didymos, sont fréquents dans la région interne du Système solaire et appartiennent à la famille des NEO.

Des tas de gravats en orbite mutuelle

Ces deux astéroïdes forment un duo inséparable, maintenus ensemble par leur faible gravité. Ce ne sont pas des blocs de roche solide, mais plutôt des tas de gravats qui se sont agglomérés, ce qui les rend très fragiles et de forme irrégulière. Autrement dit, ce sont deux amas de cailloux maintenus ensemble par une gravité minuscule.

Une dynamique gravitationnelle asymétrique

L’intérêt scientifique du système Didymos–Dimorphos réside dans sa stabilité orbitale et dans le contraste de masse marqué entre les deux corps (le rapport de masse est d’environ 1 : 35). Didymos, le « jumeau », domine le système par sa gravité, tandis que Dimorphos, plus petit, agit comme un satellite naturel dont la surface subit en permanence l’alternance de flux lumineux et d’ombres projetées par son astre primaire.

N.B. :
Le nom « Dimorphos » signifie littéralement « ayant deux formes » en grec ancien. Il fait référence à la double nature de l’objet : satellite naturel et cible expérimentale, dont la forme et l’orbite ont été modifiées par l’impact de DART.

Contexte expérimental : DART, cible et mesures

Une cible idéale pour la mission DART

La géométrie de ce système permet de mesurer avec précision la variation de la période orbitale grâce aux occultations et aux effets d’éclairage observés depuis la Terre. C’est cette particularité qui a rendu possible la mission DART de la NASA en 2022, destinée à tester la déviation orbitale par impact cinétique. L’étude de Didymos et de son « ombre » Dimorphos fournit ainsi un modèle naturel pour comprendre la cohésion interne des petits corps et la dynamique complexe des systèmes binaires dans le Système solaire.

Impact avec Dimorphos

La mission DART (impact cinétique) a percuté Dimorphos le 26 septembre 2022 pour démontrer la capacité de modifier la trajectoire d'un corps proche de la Terre par un impact cinétique contrôlé. Le choix du système binaire Didymos–Dimorphos permettait une mesure précise : la période orbitale du satellite avant et après impact est accessible par photométrie depuis la Terre grâce aux occultations mutuelles. Les analyses consolidées ont montré un raccourcissement de la période d'environ 33 minutes (−33,0 ± 1,0 min).

Aspects physiques du changement orbital

Pour un système binaire serré, la période orbitale \(T\) est liée à la distance moyenne \(a\) et à la masse totale \(M\) par la forme réduite de la 3ème loi de Kepler adaptée aux petites masses : \(\; T = 2\pi \sqrt{\dfrac{a^{3}}{G M}}\;\).
Une loi fondamentale de l'astronomie : Il existe une règle gravitationnelle simple, énoncée par Kepler, qui dit : plus un objet est proche de ce qu'il orbite, plus il tourne vite. C'est vrai pour la Terre autour du Soleil, pour la Lune autour de la Terre, et pour Dimorphos autour de Didymos.

L'effet de l'impact : un freinage

La mission DART n'a pas "poussé" Dimorphos sur le côté comme on le croit souvent. Elle l'a principalement freiné sur sa trajectoire.

La conséquence : une orbite plus basse et plus rapide

En le freinant, DART a fait perdre à Dimorphos un peu de l'énergie qui lui permettait de rester sur son orbite. Résultat : il n'a pas pu résister autant à l'attraction de Didymos et s'est rapproché. Et selon la loi de Kepler, en se rapprochant, sa vitesse orbitale a augmenté. Le combo "distance plus courte" + "vitesse plus élevée" se traduit par un temps total pour faire un tour (la période orbitale) qui, lui, diminue.

Le résultat observé

C'est exactement ce qui a été mesuré : l'orbite de Dimorphos est devenue plus petite et plus rapide, ce qui a raccourci son "mois" de 33 minutes. Ce changement spectaculaire est la preuve directe que l'impact a bien modifié la trajectoire de l'astéroïde.

Implications mécaniques pour Dimorphos (structure, forme et rotation)

Les données rapprochées et l'imagerie indiquent que Dimorphos est probablement un rubble pile. Une structure peu cohésive favorise la génération d'éjecta volumineux et des déformations post-impact. Des études ont montré un changement de forme, de oblate (aplati aux pôles) → prolate (allongé le long d’un axe).

Perspectives : la mission Hera et la caractérisation fine

L'Agence spatiale européenne (mission Hera) a pour mission d'arriver sur le système Didymos afin de mesurer in situ la morphologie du cratère, la masse et la propriété interne de Dimorphos, et de valider les modèles de transfert d'impulsion.

Hera doit permettre d'estimer précisément \(\beta\), de cartographier la distribution de taille des blocs et d'évaluer la porosité macroscopique. Ces mesures sont essentielles pour déduire la scalabilité de la méthode d'impact cinétique à des corps potentiellement dangereux pour la Terre.

Tableau récapitulatif des événements et sources

Ci-dessous un tableau synthétique des principales étapes expérimentales, avec références observables.

Source : NASA – Mission DART et ESA – Mission Hera.