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Concentración de masa (astronomía)

Topografía (arriba) y señal de gravedad correspondiente (abajo) de Mare Smythii en la Luna que contiene una mascona significativa Mapa de las anomalías gravitatorias de la Luna ...

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Topografía (arriba) y señal de gravedad correspondiente (abajo) de Mare Smythii en la Luna que contiene una mascona significativa
Mapa de las anomalías gravitatorias de la Luna

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 gravitatoria positiva . En general, la palabra "mascon" puede usarse como sustantivo para referirse a una distribución excesiva de masa en 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 usa con mayor frecuencia para describir una estructura geológica que tiene una anomalía gravitatoria positiva asociada con una característica (por ejemplo, una cuenca deprimida) que de otro modo se esperaría que tuviera una anomalía negativa, como las "cuencas mascon" en la Luna .

mascones lunares

La Luna es el cuerpo celeste más irregular 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 esperada, apuntando hacia el mascon, e incrementar la fuerza de gravedad en un 0,5%. [ 2 ] [ 3 ]

Ejemplos típicos de cuencas mascon en la Luna son las cuencas de impacto Imbrium , Serenitatis , Crisium y Orientale , todas las cuales presentan depresiones topográficas significativas y anomalías gravitacionales positivas. Ejemplos de cuencas mascon en Marte son las cuencas Argyre , Isidis y Utopia . Consideraciones teóricas implican que una depresión topográfica en equilibrio isostático presentaría una ligera anomalía gravitacional negativa. Por lo tanto, las anomalías gravitacionales positivas asociadas con estas cuencas de impacto indican que debe existir algún tipo 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 lavas basálticas densas 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 un levantamiento 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. En ambos casos, las consideraciones teóricas indican que todos los mascones lunares son superisostáticos (es decir, se mantienen por encima de sus posiciones isostáticas). La enorme extensión de vulcanismo basáltico de mare asociada con Oceanus Procellarum no posee 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 mascones bajo la superficie de la Luna ha sido objeto de mucho debate, pero ahora se consideran como el resultado del impacto de asteroides durante el Bombardeo Intenso Tardío . [ 5 ]

Efecto de las masas lunares en las órbitas de los satélites

Las masas lunares alteran la gravedad local por encima y alrededor de ellas lo suficiente como para que las órbitas 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, las distorsionan lo suficiente como para que el satélite impacte contra la superficie.

Debido a sus mascones, la Luna solo tiene 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 tripuladas de alunizaje del Apolo en 1971 y 1972; se esperaba que el subsatélite PFS-2 lanzado desde el Apolo 16 permaneciera en órbita durante un año y medio, pero duró solo 35 días antes de estrellarse contra la superficie lunar, ya que tuvo que ser desplegado en una órbita mucho más baja de lo previsto inicialmente. No fue hasta 2001 que se cartografiaron los mascones y se descubrieron las órbitas congeladas. [ 2 ]

El orbitador Luna 10 fue el primer objeto artificial en orbitar la Luna y devolvió datos de seguimiento que indicaban que el campo gravitatorio lunar causaba perturbaciones mayores de lo esperado, presumiblemente debido a la "rugosidad" del campo gravitatorio lunar. [ 6 ] Los mascones 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 no tripulada Lunar Orbiter pre-Apolo . Este descubrimiento observó la correlación constante 1:1 entre anomalías gravitatorias 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 entonces, uno de los proyectos de máxima prioridad del " equipo tigre " de la NASA era explicar por qué la nave espacial Lunar Orbiter, utilizada para probar la precisión de la navegación del Proyecto Apolo , experimentaba errores en la posición prevista de diez veces 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 definían cuidadosamente por razones de seguridad. Finalmente, se reveló que la causa eran los efectos orbitales lunares, principalmente derivados de las fuertes perturbaciones gravitacionales de las masas lunares. 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 ya había aterrizado . [ 11 ]

Cartografía

In May 2013 a NASA study was published with results from the twin GRAIL probes, that mapped mass concentrations on Earth's Moon.[12]

China's Chang’e 5T1 mission also mapped Moon's mascons. [13]

Earth's mascons

Mascons on Earth are often measured by means of satellite gravimetry, such as the GRACE satellites.[14][15] Mascons are often reported in terms of a derived physical quantity called "equivalent water thickness", "equivalent water height", or "water equivalent height", obtained dividing the surface mass density redistribution by the density of water.[16][17]

Mercurian mascons

Mascons exist on Mercury. They were mapped by the MESSENGER spacecraft which orbited the planet from 2011 to 2015. Two are shown in the image at right, at Caloris Planitia and at Sobkou Planitia.[18]

Mascons at Caloris Planitia and Sobkou Planitia

See also

References

  1. ↑Richard Allen. "Gravitational Constraints (Lecture 17)"(PDF). Berkeley course: Physics of the Earth and Planetary Interiors. p. 9. Archived from the original(PDF) on 2018-12-28. Retrieved 2009-12-25.
  2. 12"Bizarre Lunar Orbits". NASA Science: Science News. NASA. 2006-11-06. Archived from the original on 2021-12-04. Retrieved 2012-12-09.
  3. ↑Konopliv, A. S.; Asmar, S. W.; Carranza, E.; Sjogren, W. L.; Yuan, D. N. (2001-03-01). "Recent Gravity Models as a Result of the Lunar Prospector Mission". 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. ↑ "Un equipo resuelve el origen del misterio de los 'mascons' de la Luna" . phys.org .
  6. ↑ "Luna 10 (NASA)" . Archivado del 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 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. Por 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 del Espacio Profundo (DSN) del JPL, en los que se basaron los rastreadores del Apolo.
  10. ↑ Malcolm Johnston; Howard Tindall (31 de mayo de 1996). "Tindallgrams" (PDF) . Collect Space.com . Recuperado el 12 de noviembre de 2015. Si esta determinación, utilizando los datos del LM, discrepa sustancialmente con las otras fuentes de datos, debemos considerar la posibilidad de que se deba a anomalías gravitatorias. El tipo de diferencias que estamos dispuestos a tolerar es 0,3° en longitud, que es más o menos equivalente a 0,3° de desalineación de cabeceo en la plataforma. Errores de alineación reales que excedan eso podrían presentar problemas de guía de ascenso. Dado que 0,3° es equivalente a unas cinco millas, uno esperaría que la estimación de posición de la tripulación probablemente podría ser útil para determinar la situación real. Todo lo que tendrían que hacer es decirnos que están cortos o sobrepasan mucho el punto objetivo.
  11. ↑ "Enciclopedia Astronáutica : Apolo 12" . Archivado del original el 4 de enero de 2004. 
  12. ↑ Chow, Denise (30 de mayo de 2013). "Se explica el 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 y A...636A..45Y . doi : 10.1051/0004-6361/201936802 . ISSN 0004-6361 . 
  14. ↑ "Cuadrículas de masa mensuales - mascons globales (JPL RL06_v02)" . GRACE Tellus . 17 de marzo de 2002. Consultado el 6 de abril de 2021 .
  15. ↑ Croteau, Michael J. (5 de agosto de 2012). "¿Qué son los "Mascons"?" . Herramienta de visualización de Mascons . Centro de Investigación de Astrodinámica de Colorado - Universidad de Colorado Boulder . Recuperado 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 mediante 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 (2016-05-07). "Advertencias sobre el espesor equivalente del agua y las soluciones de mascon superficial 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 GRAVES . Fecha de publicación: 15 de abril de 2015. NASA/Centro de Vuelo Espacial Goddard, Estudio de Visualización Científica/Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins/Institución Carnegie de Washington.

Lecturas adicionales

  • Mark Wieczorek y Roger Phillips (1999). "Cuencas lunares multianulares y el proceso de formación de cráteres". Icarus . 139 (2): 246– 259. Bibcode : 1999Icar..139..246W . doi : 10.1006/icar.1999.6102 .
  • A. Konopliv; S. Asmar; E. Carranza; W. Sjogren y D. Yuan (2001). "Modelos de gravedad recientes como resultado de la misión Lunar Prospector". Icarus . 50 (1): 1– 18. Bibcode : 2001Icar..150....1K . CiteSeerX 10.1.1.18.1930 . doi : 10.1006/icar.2000.6573 .