Массовая концентрация (астрономия)

Топография (вверху) и соответствующий гравитационный сигнал (внизу) Моря Смити на Луне, содержащий значительный маскон.

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, впадинным бассейном), которая в противном случае могла бы иметь отрицательную аномалию, например, «бассейны Маскон» на Луне. .

Лунные масконы

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 , Кризиум 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 требуется 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 Океан Штормов не обладает положительной гравитационной аномалией.

Происхождение лунных масконов

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 считается, что они возникли в результате удара астероидов во время поздней тяжелой бомбардировки . ^{[ 5 ]}

Влияние лунных масконов на орбиты спутников

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 вызвало более сильные, чем ожидалось, возмущения, предположительно из-за «неровности» лунного гравитационного поля. ^{[ 6 ]} Лунные масконы были открыты Полом М. Мюллером НАСА и Уильямом Л. Шегреном из Лаборатории реактивного движения (JPL) в 1968 году. ^{[ 7 ]} на основе нового аналитического метода, примененного к высокоточным навигационным данным с беспилотного космического корабля Lunar Orbiter, предшествовавшего Аполлону . 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.

» НАСА В то время одним из самых приоритетных проектов « группы тигров 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. Затем Уильям Волленхаупт и Эмиль Шиссер из Центра пилотируемых космических кораблей НАСА в Хьюстоне разработали «исправление». ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}^{[ 10 ]} который был впервые применен к «Аполлону-12» и позволил ему приземлиться в пределах 163 м (535 футов) от цели, ранее приземлившегося космического корабля «Сервейор-3» . ^{[ 11 ]}

Картирование

В мае 2013 года было опубликовано исследование НАСА с результатами двух зондов GRAIL , которые нанесли на карту концентрации массы на Луне. ^{[ 12 ]}

Китайская миссия «Чанъэ 5T1» также нанесла на карту масконы Луны. ^{[ 13 ]}

Масконы Земли

Масконы на Земле часто измеряются с помощью спутниковой гравиметрии , например, спутников GRACE . ^{[ 14 ]}^{[ 15 ]} О масконах часто сообщают в терминах производной физической величины, называемой «эквивалентная толщина воды», «эквивалентная высота воды» или «эквивалентная высота воды», полученной путем деления перераспределения плотности поверхностной массы на плотность воды . ^{[ 16 ]}^{[ 17 ]}

Меркурианские масконы

Масконы существуют на Меркурии . Они были нанесены на карту космическим кораблем MESSENGER , который вращался вокруг планеты с 2011 по 2015 год. На изображении справа показаны две: в Caloris Planitia и в Sobkou Planitia . ^{[ 18 ]}

См. также

Лунная орбита § Эффекты возмущений и низкие орбиты

Ссылки

^ Ричард Аллен. «Гравитационные ограничения (лекция 17)» (PDF) . Курс Беркли: Физика Земли и недр планет . п. 9. Архивировано из оригинала (PDF) 28 декабря 2018 г. Проверено 25 декабря 2009 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Причудливые лунные орбиты» . Наука НАСА: Новости науки . НАСА. 06.11.2006 . Проверено 9 декабря 2012 г.
^ Коноплив А.С.; Асмар, Юго-Запад; Карранса, Э.; Шегрен, ВЛ; Юань, DN (01 марта 2001 г.). «Недавние модели гравитации как результат миссии Lunar Prospector». Икар . 150 (1): 1–18. Бибкод : 2001Icar..150....1K . дои : 10.1006/icar.2000.6573 . ISSN 0019-1035 .
^ П.М. Мюллер, В.Л. Шегрен (1968). «Масконы: концентрации лунной массы». Наука . 161 (3842): 680–684. Бибкод : 1968Sci...161..680M . дои : 10.1126/science.161.3842.680 . ПМИД 17801458 . S2CID 40110502 .
^ «Команда раскрывает тайну происхождения лунных масконов» . физ.орг .
^ «Луна-10 (НАСА)» . Архивировано из оригинала 18 февраля 2012 г.
^ Пол Мюллер и Уильям Шегрен (1968). «Масконы: концентрации лунной массы». Наука . 161 (3842): 680–684. Бибкод : 1968Sci...161..680M . дои : 10.1126/science.161.3842.680 . ПМИД 17801458 . S2CID 40110502 .
^ Дженнифер Росс-Наззал (2 ноября 2006 г.). «ПРОЕКТ УСТНОЙ ИСТОРИИ КОСМИЧЕСКОГО ЦЕНТРА ДЖОНСОНА НАСА» (PDF) . Космический центр НАСА имени Джонсона . Проверено 12 ноября 2015 г. 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.
^ Дженнифер Росс-Наззал (7 декабря 2006 г.). «ПРОЕКТ УСТНОЙ ИСТОРИИ КОСМИЧЕСКОГО ЦЕНТРА ДЖОНСОНА НАСА 2 Стенограмма» (PDF) . Космический центр НАСА имени Джонсона . Проверено 12 ноября 2015 г. 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.
^ Малкольм Джонстон; Говард Тиндалл (31 мая 1996 г.). «Тиндаллграммы» (PDF) . Соберите Space.com . Проверено 12 ноября 2015 г. 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.
^ «Энциклопедия астронавтики: Аполлон-12» . Архивировано из оригинала 4 января 2004 г.
^ Чоу, Дениз (30 мая 2013 г.). «Разгадана тайна неравномерной гравитации Луны» . Space.com . SPACE.com . Проверено 31 мая 2013 г.
^ Ян, Цзяньго; Лю, Шаньхун; Сяо, Чи; Да, Мао; Цао, Цзяньфэн; Харада, Юджи; Ли, Фэй; Ли, Се; Баррио, Жан-Пьер (2020). «Модель лунной гравитации со степенью гравитации 100 градусов из миссии Чанъэ 5Т1» . Астрономия и астрофизика . 636 . EDP-науки: A45. Бибкод : 2020A&A...636A..45Y . дои : 10.1051/0004-6361/201936802 . ISSN 0004-6361 .
^ «Месячные массовые сетки — глобальные масконы (JPL RL06_v02)» . ГРЕЙС Теллус . 17 марта 2002 г. Проверено 06 апреля 2021 г.
^ Крото, Майкл Дж. (5 августа 2012 г.). «Что такое «масконы»?» . Инструмент визуализации Mascons . Колорадский центр астродинамических исследований — Университет Колорадо в Боулдере . Проверено 16 мая 2022 г.
^ Вар, Джон ; Моленаар, Мери; Брайан, Фрэнк (10 декабря 1998 г.). «Временная изменчивость гравитационного поля Земли: Гидрологические и океанические эффекты и их возможное обнаружение с помощью GRACE» . Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 103 (Б12). Американский геофизический союз (AGU): 30205–30229. Бибкод : 1998JGR...10330205W . дои : 10.1029/98jb02844 . ISSN 0148-0227 .
^ Чао, БФ (07 мая 2016 г.). «Предупреждения относительно эквивалентной толщины воды и решений по поверхностному маскону, полученных на основе изменяющейся во времени гравитации, наблюдаемой со спутника GRACE». Журнал геодезии . 90 (9). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 807–813. Бибкод : 2016JGeod..90..807C . дои : 10.1007/s00190-016-0912-y . ISSN 0949-7714 . S2CID 124201548 .
^ ГРАВИТАЦИОННЫЕ АНОМАЛИИ . Дата выпуска: 15 апреля 2015 г. НАСА/Студия научной визуализации Центра космических полетов Годдарда/Лаборатория прикладной физики Университета Джонса Хопкинса/Институт Карнеги в Вашингтоне.

Дальнейшее чтение

Марк Вичорек и Роджер Филлипс (1999). «Лунные многокольцевые котловины и процесс образования кратеров». Икар . 139 (2): 246–259. Бибкод : 1999Icar..139..246W . дои : 10.1006/icar.1999.6102 .
А. Коноплив; С. Асмар; Э. Карранса; В. Шегрен и Д. Юань (2001). «Недавние модели гравитации в результате миссии Lunar Prospector». Икар . 50 (1): 1–18. Бибкод : 2001Icar..150....1K . CiteSeerX 10.1.1.18.1930 . дои : 10.1006/icar.2000.6573 .

[Allen-1] Ричард Аллен. «Гравитационные ограничения (лекция 17)» (PDF) . Курс Беркли: Физика Земли и недр планет . п. 9. Архивировано из оригинала (PDF) 28 декабря 2018 г. Проверено 25 декабря 2009 г.

[nasa20061106-2] Перейти обратно: ^а ^б «Причудливые лунные орбиты» . Наука НАСА: Новости науки . НАСА. 06.11.2006 . Проверено 9 декабря 2012 г.

[3] Коноплив А.С.; Асмар, Юго-Запад; Карранса, Э.; Шегрен, ВЛ; Юань, DN (01 марта 2001 г.). «Недавние модели гравитации как результат миссии Lunar Prospector». Икар . 150 (1): 1–18. Бибкод : 2001Icar..150....1K . дои : 10.1006/icar.2000.6573 . ISSN 0019-1035 .

[4] П.М. Мюллер, В.Л. Шегрен (1968). «Масконы: концентрации лунной массы». Наука . 161 (3842): 680–684. Бибкод : 1968Sci...161..680M . дои : 10.1126/science.161.3842.680 . ПМИД 17801458 . S2CID 40110502 .

[5] «Команда раскрывает тайну происхождения лунных масконов» . физ.орг .

[6] «Луна-10 (НАСА)» . Архивировано из оригинала 18 февраля 2012 г.

[7] Пол Мюллер и Уильям Шегрен (1968). «Масконы: концентрации лунной массы». Наука . 161 (3842): 680–684. Бибкод : 1968Sci...161..680M . дои : 10.1126/science.161.3842.680 . ПМИД 17801458 . S2CID 40110502 .

[8] Дженнифер Росс-Наззал (2 ноября 2006 г.). «ПРОЕКТ УСТНОЙ ИСТОРИИ КОСМИЧЕСКОГО ЦЕНТРА ДЖОНСОНА НАСА» (PDF) . Космический центр НАСА имени Джонсона . Проверено 12 ноября 2015 г. 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.

[9] Дженнифер Росс-Наззал (7 декабря 2006 г.). «ПРОЕКТ УСТНОЙ ИСТОРИИ КОСМИЧЕСКОГО ЦЕНТРА ДЖОНСОНА НАСА 2 Стенограмма» (PDF) . Космический центр НАСА имени Джонсона . Проверено 12 ноября 2015 г. 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.

[10] Малкольм Джонстон; Говард Тиндалл (31 мая 1996 г.). «Тиндаллграммы» (PDF) . Соберите Space.com . Проверено 12 ноября 2015 г. 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.

[11] «Энциклопедия астронавтики: Аполлон-12» . Архивировано из оригинала 4 января 2004 г.

[12] Чоу, Дениз (30 мая 2013 г.). «Разгадана тайна неравномерной гравитации Луны» . Space.com . SPACE.com . Проверено 31 мая 2013 г.

[13] Ян, Цзяньго; Лю, Шаньхун; Сяо, Чи; Да, Мао; Цао, Цзяньфэн; Харада, Юджи; Ли, Фэй; Ли, Се; Баррио, Жан-Пьер (2020). «Модель лунной гравитации со степенью гравитации 100 градусов из миссии Чанъэ 5Т1» . Астрономия и астрофизика . 636 . EDP-науки: A45. Бибкод : 2020A&A...636A..45Y . дои : 10.1051/0004-6361/201936802 . ISSN 0004-6361 .

[GRACE_Tellus_2002-14] «Месячные массовые сетки — глобальные масконы (JPL RL06_v02)» . ГРЕЙС Теллус . 17 марта 2002 г. Проверено 06 апреля 2021 г.

[15] Крото, Майкл Дж. (5 августа 2012 г.). «Что такое «масконы»?» . Инструмент визуализации Mascons . Колорадский центр астродинамических исследований — Университет Колорадо в Боулдере . Проверено 16 мая 2022 г.

[Wahr_Molenaar_Bryan_pp._30205–30229-16] Вар, Джон ; Моленаар, Мери; Брайан, Фрэнк (10 декабря 1998 г.). «Временная изменчивость гравитационного поля Земли: Гидрологические и океанические эффекты и их возможное обнаружение с помощью GRACE» . Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 103 (Б12). Американский геофизический союз (AGU): 30205–30229. Бибкод : 1998JGR...10330205W . дои : 10.1029/98jb02844 . ISSN 0148-0227 .

[Chao_pp._807–813-17] Чао, БФ (07 мая 2016 г.). «Предупреждения относительно эквивалентной толщины воды и решений по поверхностному маскону, полученных на основе изменяющейся во времени гравитации, наблюдаемой со спутника GRACE». Журнал геодезии . 90 (9). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 807–813. Бибкод : 2016JGeod..90..807C . дои : 10.1007/s00190-016-0912-y . ISSN 0949-7714 . S2CID 124201548 .

[18] ГРАВИТАЦИОННЫЕ АНОМАЛИИ . Дата выпуска: 15 апреля 2015 г. НАСА/Студия научной визуализации Центра космических полетов Годдарда/Лаборатория прикладной физики Университета Джонса Хопкинса/Институт Карнеги в Вашингтоне.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]