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Concentración de masa (astronomía)

Topografía (arriba) y señal de gravedad correspondiente (abajo) del Mare Smythii en la Luna que contiene un mascon significativo.

En astronomía , astrofísica y geofísica , una concentración de masa (o mascon ) es una región de la corteza de un planeta o luna que contiene una gran anomalía gravitacional positiva . En general, la palabra "mascon" se puede utilizar como sustantivo para referirse a una distribución excesiva de masa sobre o debajo de la superficie de un cuerpo astronómico (en comparación con un promedio adecuado), como la que se encuentra alrededor de Hawái en la Tierra. [1] Sin embargo, este término se utiliza con mayor frecuencia para describir una estructura geológica que tiene una anomalía gravitacional positiva asociada con una característica (por ejemplo, una cuenca deprimida) que de otro modo se podría haber esperado que tuviera una anomalía negativa, como las "cuencas de mascon" en la Luna .

Mascones lunares

La Luna es el cuerpo principal más "grumoso" gravitacionalmente conocido en el Sistema Solar. Sus mascones más grandes pueden hacer que una plomada se desvíe aproximadamente un tercio de grado de la vertical, apuntando hacia el mascon, y aumentar la fuerza de gravedad en un medio por ciento. [2] [3]

Ejemplos típicos de cuencas mascon en la Luna son las cuencas de impacto Imbrium , Serenitatis , Crisium y Orientale , todas las cuales exhiben depresiones topográficas significativas y anomalías gravitacionales positivas. Ejemplos de cuencas mascon en Marte son las cuencas Argyre , Isidis y Utopia . Las consideraciones teóricas implican que un bajo topográfico en equilibrio isostático exhibiría una ligera anomalía gravitacional negativa. Por lo tanto, las anomalías gravitacionales positivas asociadas con estas cuencas de impacto indican que debe existir alguna forma de anomalía de densidad positiva dentro de la corteza o el manto superior que actualmente está sostenido por la litosfera . Una posibilidad es que estas anomalías se deban a densas lavas basálticas de mare , que podrían alcanzar hasta 6 kilómetros de espesor en la Luna. Si bien estas lavas ciertamente contribuyen a las anomalías gravitacionales observadas, también se requiere la elevación de la interfaz corteza-manto para explicar su magnitud. De hecho, algunas cuencas mascon en la Luna no parecen estar asociadas con ningún signo de actividad volcánica. Las consideraciones teóricas en ambos casos indican que todos los mascones lunares son superisostáticos (es decir, se encuentran apoyados por encima de sus posiciones isostáticas). La enorme extensión de vulcanismo basáltico asociado con Oceanus Procellarum no presenta una anomalía gravitacional positiva.

Origen de los mascones lunares

Desde su identificación en 1968 mediante el seguimiento Doppler de las cinco naves espaciales Lunar Orbiter , [4] el origen de los mascons debajo de la superficie de la Luna ha sido objeto de mucho debate, pero ahora se considera que son el resultado del impacto de asteroides durante el Bombardeo Pesado Tardío . [5]

Efecto de los mascons lunares en las órbitas de los satélites

Los mascones lunares alteran la gravedad local por encima y alrededor de ellos lo suficiente como para que las órbitas lunares bajas y no corregidas de los satélites alrededor de la Luna sean inestables en una escala de tiempo de meses o años. Las pequeñas perturbaciones en las órbitas se acumulan y finalmente distorsionan la órbita lo suficiente como para que el satélite impacte contra la superficie.

Debido a sus mascons, la Luna tiene sólo cuatro zonas de inclinación de " órbita congelada " donde un satélite lunar puede permanecer en una órbita baja indefinidamente. Se liberaron subsatélites lunares en dos de las últimas tres misiones tripuladas de aterrizaje lunar de Apolo en 1971 y 1972; se esperaba que el subsatélite PFS-2 liberado por el Apolo 16 permaneciera en órbita durante un año y medio, pero duró sólo 35 días antes de estrellarse contra la superficie lunar, ya que tuvo que ser desplegado en una órbita mucho más baja de lo planeado inicialmente. Fue recién en 2001 que se mapearon los mascons y se descubrieron las órbitas congeladas. [2]

El orbitador Luna 10 fue el primer objeto artificial en orbitar la Luna y envió datos de seguimiento que indicaban que el campo gravitatorio lunar causaba perturbaciones mayores de las esperadas, presumiblemente debido a la "rugosidad" del campo gravitatorio lunar. [6] Los mascons lunares fueron descubiertos por Paul M. Muller y William L. Sjogren del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en 1968 [7] a partir de un nuevo método analítico aplicado a los datos de navegación de alta precisión de la nave espacial Lunar Orbiter no tripulada anterior al Apolo . Este descubrimiento observó la correlación consistente 1:1 entre anomalías de gravedad positivas muy grandes y cuencas circulares deprimidas en la Luna. Este hecho impone límites clave a los modelos que intentan seguir la historia del desarrollo geológico de la Luna y explicar las estructuras internas lunares actuales.

En aquel momento, uno de los proyectos del " equipo tigre " de mayor prioridad de la NASA era explicar por qué la sonda espacial Lunar Orbiter, que se estaba utilizando para probar la precisión de la navegación del Proyecto Apolo, estaba experimentando errores en la posición prevista que eran diez veces superiores a la especificación de la misión (2 kilómetros en lugar de 200 metros). Esto significaba que las áreas de aterrizaje previstas eran 100 veces más grandes que las que se estaban definiendo cuidadosamente por razones de seguridad. Los efectos orbitales lunares, que se debían principalmente a las fuertes perturbaciones gravitacionales de los mascons, resultaron finalmente como la causa. William Wollenhaupt y Emil Schiesser, del Centro de Naves Espaciales Tripuladas de la NASA en Houston, elaboraron entonces la "solución" [8] [9] [10] que se aplicó por primera vez al Apolo 12 y que permitió su aterrizaje a 163 m (535 pies) del objetivo, la sonda espacial Surveyor 3 que había aterrizado anteriormente . [11]

Cartografía

En mayo de 2013 se publicó un estudio de la NASA con resultados de las sondas gemelas GRAIL , que mapearon las concentraciones de masa en la Luna de la Tierra. [12]

La misión Chang'e 5T1 de China también cartografió los mascons de la Luna. [13]

Los mascones de la tierra

Los mascons en la Tierra se miden a menudo por medio de gravimetría satelital , como los satélites GRACE . [14] [15] Los mascons a menudo se informan en términos de una cantidad física derivada llamada "espesor de agua equivalente", "altura de agua equivalente" o "altura equivalente de agua", obtenida dividiendo la redistribución de la densidad de masa de la superficie por la densidad del agua . [16] [17]

Mascones mercurianos

Existen mascons en Mercurio . Fueron cartografiados por la sonda espacial MESSENGER , que orbitó el planeta entre 2011 y 2015. En la imagen de la derecha se muestran dos de ellos, en Caloris Planitia y en Sobkou Planitia . [18]

Mascons en Caloris Planitia y Sobkou Planitia

Véase también

Referencias

  1. ^ Richard Allen. "Gravitational Constraints (Lecture 17)" (PDF) . Curso de Berkeley: Física de la Tierra y los interiores planetarios . p. 9. Archivado desde el original (PDF) el 28 de diciembre de 2018 . Consultado el 25 de diciembre de 2009 .
  2. ^ ab "Órbitas lunares extrañas". Ciencia de la NASA: Noticias científicas . NASA. 2006-11-06 . Consultado el 2012-12-09 .
  3. ^ Konopliv, AS; Asmar, SW; Carranza, E.; Sjogren, WL; Yuan, DN (1 de marzo de 2001). "Modelos de gravedad recientes como resultado de la misión Lunar Prospector". Icarus . 150 (1): 1–18. Bibcode :2001Icar..150....1K. doi :10.1006/icar.2000.6573. ISSN  0019-1035.
  4. ^ PM Muller, WL Sjogren (1968). "Mascons: Concentraciones de masa lunar". Science . 161 (3842): 680–684. Bibcode :1968Sci...161..680M. doi :10.1126/science.161.3842.680. PMID  17801458. S2CID  40110502.
  5. ^ "Equipo resuelve el misterio del origen de los 'mascons' de la Luna". phys.org .
  6. ^ "Luna 10 (NASA)". Archivado desde el original el 18 de febrero de 2012.
  7. ^ Paul Muller y William Sjogren (1968). "Mascons: concentraciones de masa lunar". Science . 161 (3842): 680–684. Bibcode :1968Sci...161..680M. doi :10.1126/science.161.3842.680. PMID  17801458. S2CID  40110502.
  8. ^ Jennifer Ross-Nazzal (2 de noviembre de 2006). "Proyecto de historia oral del Centro Espacial Johnson de la NASA Transcripción de la historia oral" (PDF) . Centro Espacial Johnson de la NASA . Consultado el 12 de noviembre de 2015 . Bill [Wilbur R.] Wollenhaupt del JPL se unió a mi grupo. Él, yo, Bill [William] Boyce y algunos otros viajamos a Langley y nos reunimos con la gente de Langley durante el fin de semana. Pasamos todo el tiempo reprocesando los datos del orbitador lunar de Langley día y noche.
  9. ^ Jennifer Ross-Nazzal (7 de diciembre de 2006). "PROYECTO DE HISTORIA ORAL DEL CENTRO ESPACIAL JOHNSON DE LA NASA Transcripción de la historia oral 2" (PDF) . Centro Espacial Johnson de la NASA . Consultado el 12 de noviembre de 2015 . En algún momento de esta época, Wilbur R. Wollenhaupt, conocido como Bill, se unió a nuestro grupo. Tenía una amplia experiencia en navegación terrestre en el JPL. Estaba bastante familiarizado con los rastreadores de la Red de Espacio Profundo (DSN) del JPL, que sirvieron de modelo para los rastreadores del Apolo.
  10. ^ Malcolm Johnston; Howard Tindall (31 de mayo de 1996). "Tindallgrams" (PDF) . Recopilado en Space.com . Consultado el 12 de noviembre de 2015 . Si esta determinación, utilizando los datos del LM, no coincide sustancialmente con las otras fuentes de datos, debemos considerar la posibilidad de que se deba a anomalías de gravedad. El tipo de diferencias que estamos dispuestos a tolerar es de 0,3° de longitud, lo que equivale más o menos a una desalineación de cabeceo de 0,3° en la plataforma. Los errores de alineación reales superiores a ese valor podrían presentar problemas de guía de ascenso. Dado que 0,3° equivale a unas cinco millas, cabría esperar que la estimación de la posición de la tripulación pudiera ser útil para determinar la situación real. Todo lo que tendrían que hacer es decirnos que se quedan cortos o se pasan mucho del punto objetivo.
  11. ^ "Enciclopedia Astronáutica: Apolo 12". Archivado desde el original el 4 de enero de 2004.
  12. ^ Chow, Denise (30 de mayo de 2013). "Explicación del misterio de la gravedad irregular de la Luna". Space.com . SPACE.com . Consultado el 31 de mayo de 2013 .
  13. ^ Yan, Jianguo; Liu, Shanhong; Xiao, Chi; Sí, Mao; Cao, Jianfeng; Harada, Yuji; Li, Fei; Li, Xie; Barriot, Jean-Pierre (2020). "Un modelo de gravedad lunar de 100 grados de la misión Chang'e 5T1". Astronomía y Astrofísica . 636 . Ciencias EDP: A45. Código Bib : 2020A&A...636A..45Y. doi : 10.1051/0004-6361/201936802 . ISSN  0004-6361.
  14. ^ "Cuadrículas de masas mensuales - Mascons globales (JPL RL06_v02)". GRACE Tellus . 2002-03-17 . Consultado el 2021-04-06 .
  15. ^ Croteau, Michael J. (5 de agosto de 2012). "¿Qué son los "Mascons"?". Herramienta de visualización de Mascons . Centro de Investigación en Astrodinámica de Colorado - Universidad de Colorado en Boulder . Consultado el 16 de mayo de 2022 .
  16. ^ Wahr, John ; Molenaar, Mery; Bryan, Frank (1998-12-10). "Variabilidad temporal del campo gravitatorio de la Tierra: efectos hidrológicos y oceánicos y su posible detección utilizando GRACE". Journal of Geophysical Research: Solid Earth . 103 (B12). American Geophysical Union (AGU): 30205–30229. Bibcode :1998JGR...10330205W. doi : 10.1029/98jb02844 . ISSN  0148-0227.
  17. ^ Chao, BF (7 de mayo de 2016). "Advertencias sobre el espesor de agua equivalente y las soluciones de Mascon de superficie derivadas de la gravedad variable en el tiempo observada por satélite GRACE". Journal of Geodesy . 90 (9). Springer Science and Business Media LLC: 807–813. Bibcode :2016JGeod..90..807C. doi :10.1007/s00190-016-0912-y. ISSN  0949-7714. S2CID  124201548.
  18. ^ ANOMALÍAS DE LA GRAVEDAD. Fecha de publicación: 15 de abril de 2015. NASA/Goddard Space Flight Center Science Visualization Studio/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington.

Lectura adicional