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 .
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 una baja topografía 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 apoyan por encima de sus posiciones isostáticas). La enorme extensión de vulcanismo basáltico asociado con Oceanus Procellarum no presenta 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 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]
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]
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 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]
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, 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 orbitador lunar de Langley día y noche.
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.
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.