Введение

Регион коры планеты или луны, содержащий значительную положительную гравитационную аномалию, концентрация массы в химии.

В астрономии, астрофизике и геофизике концентрация массы (или маскон) – это область коры планеты или луны, содержащая значительную положительную гравитационную аномалию. В общем случае, термин "маскон" может использоваться как существительное для обозначения избыточного распределения массы на или под поверхностью астрономического тела (по сравнению с некоторым подходящим средним значением), например, как наблюдается в районе Гавайских островов на Земле. Однако этот термин чаще всего применяется для описания геологической структуры, характеризующейся положительной гравитационной аномалией, связанной с элементом рельефа (например, пониженной областью), для которого можно было бы ожидать отрицательную аномалию, как, например, "бассейны масконов" на Луне.

Лунные масконы

Луна является наиболее гравитационно неоднородным крупным телом, известным в Солнечной системе. Самые крупные масконы могут отклонить отвес примерно на треть градуса от вертикали, направив его к маскону, и увеличить силу тяжести на полпроцента. Типичными примерами бассейнов масконов на Луне являются бассейны Имбрия, Серенитита, Кризия и Ориентале, все из которых характеризуются значительными топографическими понижениями и положительными гравитационными аномалиями. Примерами бассейнов масконов на Марсе служат бассейны Аргир, Исидида и Утопия. Теоретические соображения указывают на то, что топографическая впадина в изостатическом равновесии должна проявлять небольшую отрицательную гравитационную аномалию. Следовательно, положительные гравитационные аномалии, связанные с этими ударными бассейнами, свидетельствуют о наличии в коре или верхней мантии, поддерживаемой литосферой, аномалии положительной плотности. Одной из возможностей является то, что эти аномалии обусловлены плотными базальтовыми лавами, которые на Луне могут достигать 6 километров в толщину. Хотя эти лавы, безусловно, вносят вклад в наблюдаемые гравитационные аномалии, для объяснения их величины также требуется подъем границы между корой и мантией. Действительно, некоторые бассейны масконов на Луне, по-видимому, не связаны с признаками вулканической активности. Теоретические соображения в обоих случаях указывают на то, что все лунные масконы являются супер-изостатическими (то есть поддерживаются выше своего изостатического положения). Обширная область базальтового вулканизма, связанная с Океаном Бурь, не обладает положительной гравитационной аномалией.

Происхождение лунных масконов

С момента их обнаружения в 1968 году с помощью доплеровского отслеживания пяти лунных орбитальных аппаратов, происхождение масконов под поверхностью Луны оставалось предметом многочисленных дискуссий, однако в настоящее время считается, что они являются результатом столкновений с астероидами в период поздней тяжелой бомбардировки.

Влияние лунных масконов на спутниковые орбиты

Лунные масконы изменяют локальную гравитацию над собой и вокруг себя настолько, что низкие и некорректированные лунные орбиты спутников вокруг Луны нестабильны в течение месяцев или лет. Небольшие возмущения в орбитах накапливаются и в конечном итоге искажают орбиту настолько, что спутник сталкивается с поверхностью. Из-за своих масконов Луна имеет лишь четыре зоны наклонения "замороженных орбит", где лунный спутник может оставаться на низкой орбите неограниченно долго. Лунные подспутники были выпущены во время двух из последних трех пилотируемых миссий "Аполлон" на Луну в 1971 и 1972 годах; подспутник PFS 2, выпущенный с "Аполлона-16", должен был оставаться на орбите полтора года, но продержался всего 35 дней, прежде чем упасть на лунную поверхность, поскольку его пришлось вывести на гораздо более низкую орбиту, чем планировалось изначально. Лишь в 2001 году масконы были картированы и обнаружены замороженные орбиты. Орбитальный аппарат "Луна-10" стал первым искусственным объектом, вышедшим на окололунную орбиту, и передал данные слежения, указывающие на то, что лунное гравитационное поле вызывало возмущения, превышающие ожидаемые, предположительно из-за "неровности" лунного гравитационного поля. Лунные масконы были обнаружены Полом М. Мюллером и Уильямом Л. Шёгреном из Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) в 1968 году с помощью нового аналитического метода, примененного к высокоточным навигационным данным с беспилотных аппаратов серии "Lunar Orbiter". Это открытие выявило устойчивую корреляцию 1:1 между очень большими положительными гравитационными аномалиями и пониженными циркулярными бассейнами на Луне. Этот факт накладывает ключевые ограничения на модели, стремящиеся реконструировать историю геологического развития Луны и объяснить современное внутреннее строение Луны. В то время одним из приоритетных проектов "tiger team" НАСА было выяснение причины, по которой аппараты "Lunar Orbiter", использовавшиеся для проверки точности навигации проекта "Аполлон", демонстрировали ошибки в прогнозируемом положении, в десять раз превышающие спецификации миссии (2 километра вместо 200 метров). Это означало, что прогнозируемые площади посадки были в 100 раз больше, чем те, которые тщательно определялись из соображений безопасности. В конечном итоге причиной были выявлены лунные орбитальные эффекты, главным образом, вызванные сильными гравитационными возмущениями масконов. Уильям Волленхаупт и Эмиль Шиссер из Центра пилотируемых космических аппаратов НАСА в Хьюстоне разработали "исправление", которое впервые было применено к "Аполлону-12" и позволило ему совершить посадку в пределах 163 м (535 футов) от цели – ранее приземлившегося аппарата "Surveyor 3".

Картографирование

В мае 2013 года было опубликовано исследование НАСА, основанное на результатах двух зондов GRAIL, которые составили карту концентраций массы на Луне. Китайская миссия "Чанъэ-5T1" также картографировала лунные масконы.

Земные масконы

Масконы на Земле часто измеряются с помощью спутниковой гравиметрии, например, с использованием спутников GRACE. Масконы обычно выражаются через производную физическую величину, называемую "эквивалентной толщиной водного слоя", "эквивалентной высотой водного столба" или "высотой водного эквивалента", которая получается путем деления перераспределения плотности поверхностной массы на плотность воды.

Меркурийские масконы

Масконы существуют на Меркурии. Они были картированы космическим аппаратом MESSENGER, который обращался вокруг планеты с 2011 по 2015 год. Два из них показаны на изображении справа, в области Калорис-Планиции и Собку-Планиции.