Asteroides que circulam pelo Sistema Solar estabelecem padrões de movimento semelhantes aos da Terra, Vênus e Marte, sendo classificados como asteroides co-orbitais. Embora seus trajetos não sejam idênticos aos dos planetas rochosos, esses corpos celestes levam o mesmo tempo para completar uma volta ao redor do Sol.
Essa condição é resultado de um fenômeno gravitacional conhecido como ressonância orbital. Especificamente, no caso dos planetas e seus asteroides co-orbitais, a ressonância envolvida é do tipo 1:1, o que implica que eles compartilham uma órbita muito parecida ao redor do Sol e possuem um período orbital quase igual.
Investigação da interação gravitacional
Uma investigação conduzida por Valerio Carruba, da Faculdade de Engenharia e Ciências (FEG) da Unesp, no campus de Guaratinguetá, analisou como essa ressonância pode interagir com outro mecanismo gravitacional, o mecanismo von Zeipel–Lidov–Kozai (ZLK). Os pesquisadores descobriram que essa interação pode auxiliar na proteção de alguns desses objetos contra colisões próximas com os planetas.
O trabalho, intitulado “Co-orbital asteroids of terrestrial planets affected by the von Zeipel–Lidov–Kozai mechanism”, foi publicado na revista Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy e recebeu o prêmio CELMEC IX Prize. Este prêmio reconhece os melhores artigos originais publicados nas coleções especiais da referida revista. Além do estudo de Carruba, o comitê científico selecionou mais duas pesquisas premiadas. Os três vencedores apresentarão suas descobertas no nono Encontro Internacional de Mecânica Celeste (CELMEC IX), que ocorrerá de 14 a 18 de setembro, em San Martino al Cimino, Itália, sob organização da Sociedade Italiana de Mecânica Celeste e Astrodinâmica.
Carruba, coordenador do grupo de pesquisa MASB (Machine Learning Applied to Small Bodies), afirmou que o reconhecimento é uma conquista tanto individual quanto do grupo, expressando surpresa positiva com o prêmio após a publicação do artigo.
Entendendo o conceito de asteroide co-orbital
Para melhor compreensão, um asteroide co-orbital pode ser imaginado como um objeto que se move em sincronia com um planeta específico, em vez de girar independentemente ao redor do Sol. Mesmo que suas órbitas tenham formatos e posições distintas, ambos levam aproximadamente o mesmo tempo para dar uma volta na estrela. Essa sincronia é fruto da ressonância de movimento médio 1:1.
Um exemplo notório desse fenômeno são os asteroides troianos de Júpiter, dos quais se conhece cerca de 11.000. Eles compartilham a órbita do gigante gasoso e formam agrupamentos densos.
Contudo, o estudo de asteroides co-orbitais dos planetas rochosos apresenta desafios adicionais devido à combinação de estabilidade gravitacional e dificuldades de observação astronômica.
Influência da massa planetária e pontos de Lagrange
O primeiro desafio está relacionado à massa dos planetas, que define a força de suas «armadilhas» gravitacionais, chamadas pontos de Lagrange. Cada planeta possui cinco pontos de Lagrange (L1, L2, L3, L4 e L5). Os pontos L1, L2 e L3 são considerados instáveis, enquanto L4 e L5 podem ser estáveis.
Planetas de grande massa, como Júpiter e Netuno, possuem áreas de estabilidade dinâmica mais amplas ligadas à ressonância 1:1, o que permite manter milhares de pequenos corpos em configurações estáveis por bilhões de anos, incluindo aquelas associadas aos pontos L4 e L5.
Nos planetas rochosos, devido às suas massas menores, as zonas de estabilidade da ressonância 1:1 são mais restritas, tornando os corpos co-orbitais mais vulneráveis às perturbações gravitacionais do restante do Sistema Solar.
Carruba menciona que telescópios espaciais são enviados para os pontos L1 e L2, mas, por serem instáveis, exigem correções constantes. Em contraste, os objetos nos pontos L4 e L5 conseguem manter sua órbita por períodos muito mais longos.
Limitações na observação astronômica
Além da complexidade da mecânica celeste, há uma limitação observacional significativa para mapear esses asteroides. Enquanto os co-orbitais de gigantes gasosos podem ser vistos à noite, os co-orbitais de Vênus e outros planetas internos ao cinturão de asteroides só são visíveis quando estão muito próximos da direção do Sol no céu.
Essa proximidade solar dificulta a detecção dessas rochas, que são naturalmente pequenas e escuras, devido ao brilho do Sol e às janelas de observação limitadas. Carruba aponta que há muita imprecisão no conhecimento de muitas órbitas, citando Vênus como um caso complicado, cujos asteroides podem ser observados, em média, apenas por duas semanas a cada seis anos.
Essa dificuldade resulta em uma disparidade numérica: enquanto os gigantes gasosos têm milhares de co-orbitais conhecidos, o total para os planetas rochosos não ultrapassa algumas dezenas. Atualmente, Vênus possui 21 co-orbitais conhecidos, a Terra tem 54 (mais 15 temporários), e Marte, o mais estudado entre os rochosos, confirma 48 co-orbitais. Nenhum co-orbital de Mercúrio é conhecido devido à sua proximidade extrema com o Sol.
O papel do mecanismo von Zeipel–Lidov–Kozai (ZLK)
O foco principal do estudo do grupo de Carruba era entender o que acontece quando asteroides co-orbitais, já em ressonância 1:1, também exibem a dinâmica do mecanismo von Zeipel–Lidov–Kozai (ZLK). Este mecanismo descreve oscilações na inclinação e na excentricidade das órbitas causadas por perturbações gravitacionais.
Nas simulações, considerando as perturbações de todos os planetas do Sistema Solar e da Lua, os pesquisadores investigaram como essa dinâmica afeta a estabilidade dos co-orbitais de Vênus, Terra e Marte.
Enquanto a ressonância 1:1 mantém o movimento médio sincronizado, o mecanismo ZLK pode induzir mudanças na excentricidade e na inclinação. A excentricidade mede o desvio de uma órbita de um círculo perfeito (quanto mais oval, maior a excentricidade), e a inclinação refere-se ao ângulo do plano orbital em relação a um plano de referência. Simplificadamente, o ZLK faz essas duas características oscilarem de forma correlacionada, como um efeito de balanço.
Outro aspecto crucial do ZLK é a orientação da órbita. Em situações não ressonantes, o argumento do periélio pode variar continuamente. No estado ZLK, no entanto, esse ângulo pode oscilar ou «librar» em torno de centros específicos (0°, 90°, 180° e 270°), restringindo a geometria da órbita e, em certas configurações, prevenindo que o asteroide chegue muito perto de um planeta, promovendo sua estabilidade.
Carruba explica que a investigação dessa dinâmica complexa é vital porque muitos desses objetos co-orbitais são extremamente instáveis, apresentando comportamentos imprevisíveis; pequenas incertezas de trajetória podem gerar grandes diferenças em apenas 150 anos.
A busca por entender essas incertezas é relevante para agências espaciais como a ESA e a Nasa, que mapeiam asteroides potencialmente perigosos. O pesquisador nota que muitos asteroides são perdidos, mudando de configuração ou saindo da região, e a instabilidade torna difícil prever a nova rota.
Um exemplo citado é o asteroide 2025 TV10, identificado como um novo co-orbital de Vênus. Sua órbita está próxima de uma região de mínima distância de interseção orbital com a Terra, o que sugere potenciais aproximações ao longo de milênios. Carruba ressalta que, embora seja um objeto dinamicamente interessante que merece monitoramento, ele é muito pequeno e provavelmente seria destruído em caso de impacto atmosférico.
A pesquisa demonstrou que o mecanismo ZLK pode estabilizar certas órbitas, oferecendo uma forma de «proteger» os asteroides de encontros próximos. Entre os co-orbitais da Terra em estados ZLK robustos (com libração em 0° e 180°), não foram observados encontros próximos durante a análise, diferentemente de uma amostra não ressonante. Os simuladores foram estendidos para 100 mil anos para verificar esse efeito protetor.
Os resultados indicam que, em estados ZLK, a ressonância adiciona ordem a um sistema que, de outra forma, seria caótico. Em certas circunstâncias, a própria dinâmica oscilatória ajuda a afastar o asteroide de encontros próximos que poderiam alterar drasticamente sua trajetória.
Para Vênus, os pesquisadores ainda não identificaram co-orbitais conhecidos em estado ZLK robusto, mas Carruba alerta que isso pode ser uma limitação observacional, deixando parte dos co-orbitais venusianos, especialmente os de menor excentricidade, desconhecidos.
Em Marte, o cenário é distinto, com apenas um objeto, o 2017 XG62, identificado em estado ZLK robusto. Embora inclinações elevadas possam aumentar a instabilidade de outros co-orbitais marcianos, o 2017 XG62 permanece em uma configuração que o protege de encontros próximos com outros planetas rochosos.
