В астрономии , астрофизике и геофизике концентрация массы ( или маскон ) — это область коры планеты или луны, которая содержит большую положительную гравитационную аномалию . В общем, слово «маскон» может использоваться как существительное для обозначения избыточного распределения массы на поверхности или под поверхностью астрономического тела (по сравнению с некоторым подходящим средним значением), например, обнаруженного вокруг Гавайев на Земле. [1] Однако этот термин чаще всего используется для описания геологической структуры, которая имеет положительную гравитационную аномалию, связанную с особенностью (например, впадиной), которая в противном случае могла бы иметь отрицательную аномалию, например, «бассейны маскона» на Луне .
Луна — самое гравитационно «комковатое» крупное тело, известное в Солнечной системе. Ее самые большие масконы могут заставить отвес зависнуть примерно на треть градуса от вертикали, указывая на маскона, и увеличить силу гравитации на полпроцента. [2] [3]
Типичными примерами бассейнов масконов на Луне являются импактные бассейны Дождей , Ясности , Кризиума и Ориентале , все из которых демонстрируют значительные топографические депрессии и положительные гравитационные аномалии. Примерами бассейнов масконов на Марсе являются бассейны Аргир , Изидис и Утопия . Теоретические соображения подразумевают, что топографический минимум в изостатическом равновесии будет демонстрировать небольшую отрицательную гравитационную аномалию. Таким образом, положительные гравитационные аномалии, связанные с этими импактными бассейнами, указывают на то, что некоторая форма положительной аномалии плотности должна существовать в коре или верхней мантии , которая в настоящее время поддерживается литосферой . Одна из возможностей заключается в том, что эти аномалии вызваны плотными базальтовыми лавами , толщина которых на Луне может достигать 6 километров. Хотя эти лавы, безусловно, вносят вклад в наблюдаемые гравитационные аномалии, для объяснения их величины также требуется поднятие интерфейса кора-мантия. Действительно, некоторые масконы на Луне, по-видимому, не связаны с какими-либо признаками вулканической активности. Теоретические соображения в любом случае указывают на то, что все лунные масконы являются суперизостатическими (то есть поддерживаются выше своих изостатических положений). Огромное пространство морского базальтового вулканизма, связанное с Океаном Бурь, не обладает положительной гравитационной аномалией.
С момента их обнаружения в 1968 году с помощью доплеровского слежения за пятью космическими аппаратами Lunar Orbiter [4] происхождение масконов под поверхностью Луны стало предметом многочисленных споров, но теперь они считаются результатом столкновения с астероидами во время поздней тяжелой бомбардировки . [5]
Лунные масконы изменяют локальную гравитацию над ними и вокруг них достаточно, чтобы низкие и неисправленные лунные орбиты спутников вокруг Луны были нестабильны в масштабе времени месяцев или лет. Небольшие возмущения орбит накапливаются и в конечном итоге искажают орбиту достаточно для того, чтобы спутник ударился о поверхность.
Из-за своих масконов Луна имеет только четыре зоны наклона « замороженной орбиты », где лунный спутник может оставаться на низкой орбите неограниченно долго. Лунные субспутники были выпущены в двух из последних трех пилотируемых лунных миссий Apollo в 1971 и 1972 годах; субспутник PFS-2, выпущенный с Apollo 16 , как ожидалось, оставался на орбите в течение полутора лет, но продержался всего 35 дней, прежде чем врезаться в лунную поверхность, поскольку его пришлось развернуть на гораздо более низкой орбите, чем изначально планировалось. Только в 2001 году масконы были нанесены на карту и замороженные орбиты были обнаружены. [2]
Орбитальный аппарат Луна-10 был первым искусственным объектом, вышедшим на орбиту Луны, и он передал данные слежения, указывающие на то, что лунное гравитационное поле вызвало большие, чем ожидалось, возмущения, предположительно из-за «шероховатости» лунного гравитационного поля. [6] Лунные масконы были обнаружены 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 космического корабля Lunar Orbiter до миссии «Аполлон» . Это открытие выявило постоянную 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 нынешние внутренние структуры Луны.
В то время одним из самых приоритетных проектов НАСА « команды тигров » было объяснение того, почему космический аппарат Lunar Orbiter, используемый для проверки точности навигации проекта Apollo, давал ошибки в прогнозируемом положении в десять раз больше спецификации миссии (2 километра вместо 200 метров). Это означало, что прогнозируемые области посадки были в 100 раз больше тех, которые были тщательно определены из соображений безопасности. Лунные орбитальные эффекты, в основном возникающие из-за сильных гравитационных возмущений масконов, в конечном итоге были раскрыты как причина. Уильям Волленхаупт и Эмиль Шиссер из Центра пилотируемых космических аппаратов НАСА в Хьюстоне затем разработали «исправление» [8] [9] [10] , которое впервые было применено к Apollo 12 и позволило ему приземлиться в пределах 163 м (535 футов) от цели, ранее приземлившегося космического аппарата Surveyor 3. [11]
В мае 2013 года было опубликовано исследование НАСА с результатами двух зондов GRAIL , которые составили карту концентрации масс на Луне. [12]
Китайская миссия Chang'e 5T1 также составила карту масконов Луны. [13]
Масконы на Земле часто измеряются с помощью спутниковой гравиметрии , например, спутников GRACE . [14] [15] Масконы часто сообщаются в терминах производной физической величины, называемой «эквивалентная толщина воды», «эквивалентная высота воды» или «эквивалентная высота воды», полученной путем деления перераспределения поверхностной плотности массы на плотность воды . [16] [17]
Масконы существуют на Меркурии . Они были нанесены на карту космическим аппаратом MESSENGER , который вращался вокруг планеты с 2011 по 2015 год. Два из них показаны на изображении справа, на Caloris Planitia и на Sobkou Planitia . [18]
[Уилбур Р.] Волленхаупт из JPL 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, обрабатывая данные Langley Lunar Orbiter днем и ночью.
-то в это время к нашей группе присоединился Уилбур Р. Волленхаупт, которого называли Биллом. У него был обширный опыт в наземной навигации в JPL. Он был довольно хорошо знаком с трекерами JPL Deep Space Network (DSN), по образцу которых были созданы трекеры Apollo.
Если это определение, использующее данные LM, существенно расходится с другими источниками данных, мы должны рассмотреть возможность того, что это связано с гравитационными аномалиями. Вид различий, которые мы готовы терпеть, составляет 0,3° по долготе, что более или менее эквивалентно отклонению тангажа платформы на 0,3°. Истинные ошибки выравнивания, превышающие это, могут представлять проблемы управления подъемом. Поскольку 0,3° эквивалентны примерно пяти милям, можно было бы ожидать, что оценка положения экипажем, вероятно, может быть полезна для определения истинной ситуации. Все, что им нужно будет сделать, это сказать нам, что они сильно не долетают или перелетают целевую точку.