化学における質量濃度については、「質量濃度 (化学)」を参照してください。
重要なマスコンを含む月のスミス海の地形(上) と対応する重力信号 (下) 。
月の重力異常の地図。

天文学、天体物理学、地球物理学において、質量集中（マスコン）とは、惑星や衛星の地殻にある、大きな正の重力異常を含む領域のことである。一般的に、「マスコン」という言葉は、地球のハワイ周辺で見られるような、天体の表面上または表面下の質量の過剰な分布（何らかの適切な平均値と比較）を指す名詞として用いられる。[ 1 ]しかし、この用語は、月面の「マスコン盆地」のように、本来であれば負の重力異常があると予想される地形（例えば、陥没盆地）に関連する正の重力異常を持つ地質構造を表す際に最もよく用いられる。

月のマスコン

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月は太陽系で知られている中で最も重力的に「凸凹」した主要天体です。月には最も大きなマスコンがあり、下げ振りを垂直から約3分の1度ずらしてマスコンの方角に向け、重力を0.5%増加させることがあります。[ 2 ] [ 3 ]

月のマスコン盆地の典型的な例としては、インブリウム、セレニタティス、クリシウム、オリエンターレ衝突盆地があり、いずれも顕著な地形的窪地と正の重力異常を示している。火星のマスコン盆地の例としては、アルギュレ、イシディス、ユートピア盆地がある。理論的考察によれば、アイソスタシー平衡にある地形的低地では、わずかな負の重力異常が現れるはずである。したがって、これらの衝突盆地に関連する正の重力異常は、現在リソスフェアに支えられている地殻または上部マントル内に何らかの形の正の密度異常が存在するはずであることを示している。1つの可能性として、これらの異常は高密度の海の玄武岩質溶岩によるもので、月では厚さが6キロメートルに達する可能性がある。これらの溶岩は観測された重力異常に確かに寄与しているが、その大きさを説明するには地殻とマントルの境界面の隆起も必要である。実際、月のいくつかのマスコン盆地は、火山活動の兆候とは全く関連がないように見える。いずれの場合も、理論的考察は、月のマスコンはすべて超アイソスタシー（つまり、アイソスタシー位置よりも高い位置で支えられている）であることを示唆している。嵐の大洋に関連する広大な海の玄武岩質火山活動は、正の重力異常を有していない。

月のマスコンの起源

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1968年に5機のルナ・オービター宇宙船のドップラー追跡によって発見されて以来、[ 4 ]月面下のマスコンの起源については多くの議論が交わされてきたが、現在では後期重爆撃期の小惑星の衝突の結果であると考えられている。[ 5 ]

月のマスコンが衛星軌道に与える影響

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月のマスコンは、その上空および周囲の局所的な重力を大きく変化させ、月を周回する衛星の低く補正されていない軌道が、数か月から数年のタイムスケールで不安定になります。軌道上の小さな摂動が蓄積され、最終的には衛星が表面に衝突するほど軌道が歪んでしまいます。

月にはマスコンがあるため、月面衛星が低軌道に無期限に留まることができる「凍結軌道」傾斜域は4つしかありません。月面サブ衛星は、1971年と1972年の最後の3回のアポロ有人月面着陸ミッションのうち2回で放出されました。アポロ16号から放出されたサブ衛星PFS-2は、1年半の軌道滞在が期待されていましたが、当初の計画よりもはるかに低い軌道に展開しなければならなかったため、わずか35日間で月面に衝突しました。マスコンが地図に描かれ、凍結軌道が発見されたのは2001年になってからでした。[ 2 ]

ルナ10号探査機は月を周回した最初の人工物体であり、その追跡データは月の重力場が予想以上に大きな擾乱を引き起こしたことを示唆しており、これは月の重力場の「粗さ」に起因すると考えられる。[ 6 ]月のマスコンは、 1968年にNASAジェット推進研究所（JPL）のポール・M・ミュラーとウィリアム・L・ショーグレンによって発見された。 [ 7 ]これは、アポロ計画以前の無人月探査機「ルナ・オービター」から得られた高精度な航法データに新しい解析手法を適用した結果である。この発見により、月面の非常に大きな正の重力異常と窪んだ円形盆地との間に、一貫した1:1の相関関係が観測された。この事実は、月の地質学的発達の歴史を辿り、現在の月の内部構造を説明しようとするモデルに重要な制約を課すものである。

当時、NASAの最重要課題の一つは、アポロ計画の航法精度試験に使用されていたルナ・オービター宇宙船の位置予測誤差が、ミッション仕様の10倍（200メートルではなく2キロメートル）にも及ぶ原因を解明することだった。これは、着陸予定地点の予測値が、安全上の理由から慎重に定義された範囲の100倍にも及んでいたことを意味していた。最終的に、月軌道の影響、特にマスコンの強い重力摂動が原因であることが明らかになった。その後、ヒューストンにあるNASA有人宇宙船センターのウィリアム・ウォレンハウプトとエミール・シーサーは、アポロ12号に初めて適用された「修正」[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]を導き出し、これにより、既に着陸済みのサーベイヤー3号宇宙船から163メートル（535フィート）以内の着陸が可能になった。[ 11 ]

マッピング

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2013年5月、NASAは双子のGRAIL探査機の成果を基に、地球の月の質量濃度をマッピングした研究を発表しました。 [ 12 ]

中国の嫦娥5T1ミッションでは月のマスコンの地図も作成されました。 [ 13 ]

地球のマスコン

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地球上のマスコンは、 GRACE衛星などの衛星重力測定法によって測定されることが多い。[ 14 ] [ 15 ]マスコンは、表面質量密度の再分布を水の密度で割って得られる「等価水厚」、「等価水高」、または「水等価高」と呼ばれる導出された物理量で報告されることが多い。[ 16 ] [ 17 ]

水星のマスコン

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水星にはマスコンが存在します。2011年から2015年にかけて水星を周回したメッセンジャー探査機によって測量されました。右の画像には、カロリス平原とソブコウ平原の2つが示されています。[ 18 ]

カロリス平原とソブコウ平原のマスコン

参照

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参考文献

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  1. ^ リチャード・アレン「重力制約（講義17）」 （PDF）。バークレー校のコース：地球と惑星内部の物理学。9ページ。 2018年12月28日時点のオリジナル （PDF）からアーカイブ。 2009年12月25日閲覧。
  2. ^ a b 「奇妙な月の軌道」 NASA Science: Science News . NASA. 2006年11月6日. 2012年12月9日閲覧。
  3. ^ Konopliv, AS; Asmar, SW; Carranza, E.; Sjogren, WL; Yuan, DN (2001-03-01). 「ルナ・プロスペクター・ミッションの結果としての最近の重力モデル」. 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: Lunar Mass Concentrations」. Science . 161 ( 3842): 680– 684. Bibcode : 1968Sci...161..680M . doi : 10.1126/science.161.3842.680 . PMID 17801458. S2CID 40110502 .  
  5. ^ 「チームが月の『マスコン』の謎の起源を解明」phys.org。
  6. ^ “Luna 10 (NASA)” . 2012年2月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  7. ^ Paul Muller & William Sjogren (1968). 「マスコン：月の質量集中」. Science . 161 ( 3842): 680– 684. Bibcode : 1968Sci...161..680M . doi : 10.1126/science.161.3842.680 . PMID 17801458. S2CID 40110502 .  
  8. ^ ジェニファー・ロス＝ナザル (2006年11月2日). 「NASA​​ジョンソン宇宙センター口述歴史プロジェクト 口述歴史記録」(PDF) . NASAジョンソン宇宙センター. 2015年11月12日閲覧. JPLのビル [ウィルバー・R] ウォレンハウプトが私のグループに加わりました。彼と私、ビル [ウィリアム] ボイス、そして他の数名がラングレーを訪れ、週末にラングレーのスタッフと会いました。私たちはラングレー・ルナ・オービターのデータの再処理に昼夜を問わず取り組みました。
  9. ^ ジェニファー・ロス＝ナザル (2006年12月7日). 「NASA​​ジョンソン宇宙センター口述歴史プロジェクト 口述歴史2 トランスクリプト」(PDF) . NASAジョンソン宇宙センター. 2015年11月12日閲覧.この頃、ビルという愛称で知られるウィルバー・R・ウォレンハウプトが私たちのグループに加わりました。彼はJPLで地上航法の豊富な経験を持っていました。アポロのトラッカーのモデルとなったJPL深宇宙ネットワーク（DSN）トラッカーにも精通していました。
  10. ^ マルコム・ジョンストン、ハワード・ティンダル (1996年5月31日). 「Tindallgrams」(PDF) . Collect Space.com . 2015年11月12日閲覧. LMデータを用いたこの判定結果が他のデータソースと大きく異なる場合、重力異常による可能性を考慮する必要があります。私たちが許容できる差異は経度0.3°で、これはプラットフォームのピッチずれ0.3°にほぼ相当します。真のアライメント誤差がこれを超えると、上昇誘導に問題が生じる可能性があります。0.3°は約5マイル（約8キロメートル）に相当するため、乗組員の位置推定は真の状況を判断する上で役立つと考えられます。乗組員がすべきことは、目標地点から大幅に手前か、あるいは大きくオーバーシュートしたと私たちに伝えることだけです。
  11. ^ 「Encyclopedia Astronautica : Apollo 12」 。2004年1月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  12. ^ Chow, Denise (2013年5月30日). 「月の不規則な重力の謎を解明」 . Space.com . SPACE.com . 2013年5月31日閲覧。
  13. ^ ヤン、建国;劉善紅。シャオ、チー。そう、マオ。曹建峰。原田裕二；リー、フェイ。李、謝。バリオ、ジャンピエール (2020)。「嫦娥 5T1 ミッションによる 100 度の月重力モデル」。天文学と天体物理学。636。 EDP​​ サイエンス: A45。ビブコード: 2020A&A...636A..45Y。土井：10.1051/0004-6361/201936802。ISSN 0004-6361。 
  14. ^ 「Monthly Mass Grids - Global mascons (JPL RL06_v02)」 . GRACE Tellus . 2002年3月17日. 2021年4月6日閲覧。
  15. ^ Croteau, Michael J. (2012年8月5日). 「『マスコン』とは何か？」マスコン可視化ツールコロラド天体力学研究センター - コロラド大学ボルダー校. 2022年5月16日閲覧。
  16. ^ Wahr, John ; Molenaar, Mery ; Bryan, Frank (1998-12-10). 「地球の重力場の時間変動：水文学的および海洋的影響とGRACEを用いたそれらの検出可能性」 . 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). 「GRACE衛星観測による時間変動重力から得られた等価水厚と表面マスコン解に関する注意点」. 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. ^ 重力異常。公開日：2015年4月15日。NASA/ゴダード宇宙飛行センター科学可視化スタジオ/ジョンズ・ホプキンス大学応用物理学研究所/ワシントン・カーネギー研究所。

さらに読む

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