В астрономии , астрофизике и геофизике концентрация массы ( или маскон ) — это область коры планеты или луны, содержащая крупную положительную гравитационную аномалию . В общем, слово «маскон» может использоваться как существительное для обозначения избыточного распределения массы на поверхности астрономического тела или под ним (по сравнению с некоторым подходящим средним значением), например, которое наблюдается вокруг Гавайских островов на Земле. [1] Однако этот термин чаще всего используется для описания геологической структуры, которая имеет положительную гравитационную аномалию, связанную с особенностью (например, депрессивным бассейном), которая в противном случае могла бы иметь отрицательную аномалию, например, «бассейны Маскон». на Луне .
Луна — самое гравитационно «комковатое» крупное тело, известное в Солнечной системе. Его самые большие масконы могут заставить отвес отклоняться примерно на треть градуса от вертикали, указывая на маскон, и увеличить силу гравитации на полпроцента. [2] [3]
Типичными примерами масконских бассейнов на Луне являются ударные бассейны Имбриум , Серенитатис , Крисиум и Восточный , каждый из которых демонстрирует значительные топографические депрессии и положительные гравитационные аномалии. Примерами бассейнов Маскон на Марсе являются бассейны Аргир , Исидис и Утопия . Теоретические соображения предполагают, что топографический минимум в изостатическом равновесии будет демонстрировать небольшую отрицательную гравитационную аномалию. Таким образом, положительные гравитационные аномалии, связанные с этими ударными бассейнами, указывают на то, что некоторая форма положительной аномалии плотности должна существовать внутри коры или верхней мантии , которая в настоящее время поддерживается литосферой . Одна из возможностей заключается в том, что эти аномалии вызваны плотными морскими базальтовыми лавами , толщина которых на Луне может достигать 6 километров. Хотя эти лавы, безусловно, способствуют наблюдаемым гравитационным аномалиям, для объяснения их величины также необходимо поднятие границы коры и мантии. Действительно, некоторые масконские бассейны на Луне, похоже, не связаны с какими-либо признаками вулканической активности. Теоретические соображения в любом случае показывают, что все лунные масконы суперизостатичны (то есть поддерживаются выше своих изостатических положений). Огромное пространство морского базальтового вулканизма, связанное с Oceanus Procellarum , не обладает положительной гравитационной аномалией.
С момента их идентификации в 1968 году с помощью доплеровского слежения за пятью космическими кораблями Lunar Orbiter [4] происхождение масконов под поверхностью Луны было предметом многочисленных споров, но теперь они считаются результатом воздействия астероидов . во время поздней тяжелой бомбардировки . [5]
Лунные масконы настолько изменяют местную гравитацию над ними и вокруг них, что низкие и неисправленные лунные орбиты спутников вокруг Луны становятся нестабильными в масштабе месяцев или лет. Небольшие возмущения на орбитах накапливаются и в конечном итоге искажают орбиту настолько, что спутник сталкивается с поверхностью.
Из-за своих масконов Луна имеет только четыре зоны наклонения « замороженной орбиты », в которых лунный спутник может оставаться на низкой орбите неопределенное время. Лунные субспутники были запущены в ходе двух из трех последних пилотируемых миссий Аполлона по высадке на Луну в 1971 и 1972 годах; Ожидалось, что субспутник PFS-2 , выпущенный с «Аполлона-16» , будет оставаться на орбите в течение полутора лет, но продержался всего 35 дней, прежде чем врезался в поверхность Луны, поскольку его пришлось развернуть на гораздо более низкой орбите, чем планировалось изначально. Лишь в 2001 году масконы были нанесены на карту и открыты замороженные орбиты. [2]
Орбитальный аппарат «Луна-10» был первым искусственным объектом, вышедшим на орбиту Луны, и он предоставил данные отслеживания, указывающие на то, что лунное гравитационное поле вызывало более сильные, чем ожидалось, возмущения, предположительно из-за «неровности» лунного гравитационного поля. [6] Лунные масконы были открыты Полом М. Мюллером и Уильямом Л. Шегреном из Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) в 1968 году [7] с помощью нового аналитического метода, примененного к высокоточным навигационным данным с беспилотного корабля до Аполлона. Лунный орбитальный космический корабль. Это открытие выявило последовательную корреляцию 1:1 между очень большими положительными гравитационными аномалиями и вдавленными круглыми бассейнами на Луне. Этот факт накладывает ключевые ограничения на модели, пытающиеся проследить историю геологического развития Луны и объяснить нынешнюю внутреннюю структуру Луны.
В то время одним из самых приоритетных проектов « группы тигров » НАСА было объяснение того, почему космический корабль Lunar Orbiter, используемый для проверки точности навигации проекта «Аполлон», испытывал ошибки в прогнозируемом положении, в десять раз превышающие спецификации миссии (2 километра вместо 200). метров). Это означало, что прогнозируемые зоны приземления были в 100 раз больше, чем те, которые были тщательно определены из соображений безопасности. В конечном итоге причиной были обнаружены эффекты лунной орбиты, возникающие в основном из-за сильных гравитационных возмущений масконов. Уильям Волленхаупт и Эмиль Шиссер из Центра пилотируемых космических кораблей НАСА в Хьюстоне затем разработали «исправление» [8] [9] [10] , которое впервые было применено к «Аполлону-12 » и позволило ему приземлиться в пределах 163 м (535 футов) от цели. , ранее приземлившийся космический корабль Surveyor 3 . [11]
В мае 2013 года было опубликовано исследование НАСА с результатами двух зондов GRAIL , которые составили карту концентрации массы на Луне. [12]
Китайская миссия «Чанъэ 5T1» также нанесла на карту масконы Луны. [13]
Масконы на Земле часто измеряются с помощью спутниковой гравиметрии , например, спутников GRACE . [14] [15] Масконы часто характеризуются производной физической величиной, называемой «эквивалентная толщина воды», «эквивалентная высота воды» или «эквивалентная высота воды», полученной путем деления перераспределения поверхностной массовой плотности на плотность воды . [16] [17]
Билл [Уилбур Р.] Волленхаупт из Лаборатории реактивного движения присоединился к моей группе.
Он, я, Билл [Уильям] Бойс и некоторые другие отправились в Лэнгли и встретились с людьми из Лэнгли на выходных. Мы провели все время, день и ночь обрабатывая данные лунного орбитального аппарата Лэнгли.
Примерно в это же время к нашей группе присоединился Уилбур Р. Волленхаупт, которого звали Билл.
У него был обширный опыт работы в области наземной навигации в Лаборатории реактивного движения.
Он был хорошо знаком с трекерами JPL Deep Space Network (DSN), по образцу которых были созданы трекеры Apollo.
Если это определение, сделанное с использованием данных LM, существенно расходится с другими источниками данных, мы должны рассмотреть возможность того, что это связано с гравитационными аномалиями.
Разница, которую мы готовы терпеть, составляет 0,3° по долготе, что более или менее эквивалентно отклонению наклона платформы на 0,3°.
Истинные ошибки выравнивания, превышающие это значение, могут привести к проблемам с наведением при подъеме.
Поскольку 0,3° эквивалентны примерно пяти милям, можно было бы ожидать, что оценка местоположения экипажа, вероятно, может быть полезна для определения истинной ситуации.
Все, что им нужно сделать, это сказать нам, что они промахнулись или сильно промахнулись до целевой точки.