La física de una nave espacial que choca contra un asteroide

Hay algunas cosas a tener en cuenta. Primero, después de la colisión, el DART se mueve hacia atrás porque rebotó. Dado que la velocidad es un vector, esto significa que tendrá un impulso negativo en este ejemplo unidimensional.

En segundo lugar, la ecuación de la energía cinética trata con el cuadrado de la velocidad. Esto significa que aunque el DART tenga una velocidad negativa, todavía tiene una energía cinética positiva.

Solo tenemos dos ecuaciones y dos variables, por lo que estas ecuaciones no son imposibles de resolver, pero tampoco son triviales. Esto es lo que obtienes si haces los cálculos. (Si realmente quieres todos los detalles, te tengo cubierto.)

Ilustración: Rhett Allain

Usando los valores de DART y Dimorphos, esto da una velocidad final de 1,46 mm/s. Esto es el doble de la velocidad de retroceso para la colisión inelástica. A medida que la nave espacial DART se recupera, tiene mucho un mayor cambio en el impulso (pasando de positivo a negativo). Esto significa que Dimorphos también tendrá un mayor cambio en el impulso y un mayor cambio en la velocidad. Eso sigue siendo un cambio pequeño, pero dos veces un poco es más grande que un poco.

Las colisiones elásticas e inelásticas son solo los dos extremos del espectro de colisión. La mayoría cae en algún lugar en el medio, ya que los objetos no se pegan, pero la energía cinética no se conserva. Pero puede ver en los cálculos anteriores que la mejor manera de cambiar la trayectoria de un asteroide es con una colisión elástica.

Mirando las imágenes de Dimorphos después de la colisión, parece que hay al menos algo de material expulsado del asteroide. A medida que los escombros se mueven en la dirección opuesta al movimiento original de DART, la nave espacial parece haber rebotado parcialmente, lo que muestra el aumento en el cambio de impulso en Dimorphos. Esto es lo que quieres ver si tu objetivo es mover una roca espacial. Sin ningún material expulsado, tendría algo más cercano a una colisión inelástica con una velocidad de retroceso de asteroide más baja.

¿Cómo podemos medir el resultado del impacto?

Como puede ver en el ejemplo anterior, el mejor de los casos solo cambiaría la velocidad del asteroide en 1,34 milímetros por segundo. Medir un cambio tan pequeño en la velocidad es todo un desafío. Pero Dimorphos tiene una característica adicional: es parte de un sistema de doble asteroide. Recuerde que orbita alrededor de su socio más grande, Didymos. Esta es una de las razones por las que la NASA eligió este objetivo. La clave para encontrar el efecto de una nave espacial que choca contra Dimorphos será medir su período orbital, o el tiempo que tarda un objeto en completar una órbita, y ver si ha cambiado desde la colisión.

Dimorphos orbita a Didymos de acuerdo con la misma física que hace que la luna gire alrededor de la Tierra. Dado que existe una interacción gravitacional entre ellos, Didymos atrae a Dimorphos hacia su centro de masa común, un punto mucho más cercano al centro de Didymos porque es más grande. Esta fuerza gravitatoria haría que los dos objetos finalmente chocaran si ambos partieran del reposo. Pero esto no es así. En cambio, Dimorphos tiene una velocidad que es en su mayoría perpendicular a esta fuerza gravitatoria, lo que hace que se mueva en una órbita alrededor de su centro de masa.Es posible (pero no absolutamente necesario) que esta órbita sea circular.

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