En astronomía , astrofísica y geofísica , una concentración de masa (o mascón ) es una región de la corteza de un planeta o luna que contiene una gran anomalía de gravedad positiva . En general, la palabra "mascón" 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 el que se encuentra alrededor de Hawaii en la Tierra. [1] Sin embargo, este término se usa 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 otra manera se podría haber esperado que tuviera una anomalía negativa, como las "cuencas mascon". en la Luna .
La Luna es el cuerpo principal más "grumoso" gravitacionalmente conocido en el Sistema Solar. Sus mascones más grandes pueden hacer que una plomada cuelgue 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 importantes depresiones topográficas y anomalías gravitacionales positivas. Ejemplos de cuencas mascon en Marte son las cuencas de Argyre , Isidis y Utopia . Las consideraciones teóricas implican que un nivel topográfico bajo en el 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 manto superior que actualmente está sustentado por la litosfera . Una posibilidad es que estas anomalías se deban a densas lavas basálticas , que podrían alcanzar hasta 6 kilómetros de espesor en la Luna. Si bien estas lavas ciertamente contribuyen a las anomalías gravitacionales observadas, también es necesario el levantamiento de la interfaz corteza-manto para explicar su magnitud. De hecho, algunas cuencas de mascones en la Luna no parecen estar asociadas con ningún signo de actividad volcánica. Las consideraciones teóricas en cualquier caso indican que todos los mascones lunares son superisostáticos (es decir, están sostenidos por encima de sus posiciones isostáticas). La enorme extensión de vulcanismo basáltico asociado con Oceanus Procellarum no posee una anomalía gravitacional positiva.
Desde su identificación en 1968 mediante el seguimiento Doppler de las cinco naves espaciales Lunar Orbiter , [4] el origen de los mascones bajo 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 último bombardeo intenso . [5]
Los mascons lunares alteran la gravedad local sobre ellos 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 eventualmente distorsionan la órbita lo suficiente como para que el satélite impacte la superficie.
Debido a sus mascones, la Luna tiene sólo cuatro zonas de inclinación de " órbita congelada " donde un satélite lunar puede permanecer en una órbita baja indefinidamente. Se lanzaron subsatélites lunares en dos de las últimas tres misiones de aterrizaje lunar tripuladas por 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 sólo duró 35 días antes de estrellarse contra la superficie lunar, ya que tuvo que desplegarse en una órbita mucho más baja de lo inicialmente previsto. No fue hasta 2001 que se cartografiaron los mascons y se descubrieron las órbitas congeladas. [2]
El orbitador Luna 10 fue el primer objeto artificial en orbitar la Luna y arrojó datos de seguimiento que indicaban que el campo gravitacional lunar causó perturbaciones mayores de lo esperado, presumiblemente debido a la "rugosidad" del campo gravitacional lunar. [6] Los mascones lunares fueron descubiertos por Paul M. Muller y William L. Sjogren del Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA en 1968 [7] a partir de un nuevo método analítico aplicado a los datos de navegación de alta precisión de los aviones pre-Apolo no tripulados. Nave espacial Lunar Orbiter . Este descubrimiento observó la correlación consistente 1:1 entre anomalías de gravedad positiva 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 ese momento, uno de los proyectos del " equipo tigre " de mayor prioridad de la NASA era explicar por qué la nave espacial Lunar Orbiter que se utilizaba para probar la precisión de la navegación del Proyecto Apolo estaba experimentando errores en la posición prevista diez veces la especificación de la misión (2 kilómetros en lugar de 200). metros). Esto significó que las zonas de aterrizaje previstas eran 100 veces más grandes que las que se habían definido cuidadosamente por razones de seguridad. Finalmente se reveló como la causa los efectos orbitales lunares resultantes principalmente de las fuertes perturbaciones gravitacionales de los mascons. William Wollenhaupt y Emil Schiesser, del Centro de naves espaciales tripuladas de la NASA en Houston, elaboraron la "solución" [8] [9] [10] que se aplicó por primera vez al Apolo 12 y permitió su aterrizaje a 163 m (535 pies) del objetivo. , la nave espacial Surveyor 3 que aterrizó anteriormente . [11]
En mayo de 2013 se publicó un estudio de la NASA con los resultados de las sondas gemelas GRAIL , que mapearon las concentraciones de masa en la Luna de la Tierra. [12]
La misión china Chang'e 5T1 también cartografió los mascones de la Luna. [13]
Los mascons en la Tierra se miden a menudo mediante 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", que se obtiene dividiendo la redistribución de la densidad de masa superficial por la densidad del agua . [16] [17]
Los mascones existen en Mercurio . Fueron cartografiados por la nave espacial MESSENGER que orbitó el planeta de 2011 a 2015. En la imagen de la derecha se muestran dos, en Caloris Planitia y en Sobkou Planitia . [18]
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 Langley Lunar Orbiter día y noche.
En algún momento de esa 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, a partir de los cuales se modelaron los rastreadores del Apolo.
Si esta determinación, utilizando los datos de LM, no está de acuerdo 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 inclinación de 0,3° en la plataforma. Los verdaderos errores de alineación superiores a eso podrían presentar problemas de guía de ascenso. Dado que 0,3° equivale a unas cinco millas, se esperaría que la estimación de posición de la tripulación pudiera ser útil para determinar la situación real. Todo lo que tendrían que hacer es decirnos que están cortos o que se han pasado mucho del objetivo.