質量集中（天文学）

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、惑星や月の地殻に大きな正の重力異常がある領域を指す。一般に、「マスコン」という語は、地球上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、本来は負の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ために最もよく使用される。

月は太陽系で知られている最も重力が「大きい」天体である。月の最大の大きさのマスコンにより、下げ振りが垂直から約 3 分の 1 度ずれてマスコンの方向を向き、重力が 0.5 パーセント増加する。^{[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み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おける地形的低地では、わずかな負の重力異常が見られるはずである。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よって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に違いないことを示している。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、月では厚さが最大6キロメートルに達する可能性がある。これらの溶岩は確かに観測された重力異常の一因となっているが、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、月のマスコン盆地の一部は火山活動の兆候と関連していないように思われる。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上に支えられている）であることを示す。嵐の大洋に関連する海の玄武岩質火山活動の広大な範囲には、正の重力異常はない。

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特定されて以来、 ^[4]月面下のマスコンの起源については多くの議論がなされてきたが、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]

月のマスコンは、その上および周囲の局所的な重力を大きく変化させるため、月を周回する衛星の低く補正されていない軌道は、数か月または数年のタイムスケールで不安定になります。軌道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に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いつまでも留まれる「凍結軌道」傾斜帯が 4 つしかありません。月のサブ衛星は、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、月の重力場が予想よりも大きな摂動を引き起こしたことを示す追跡データを返しました。これはおそらく月の重力場の「粗さ」によるものです。^[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ました。 ^{[7]これは、}アポロ計画以前の無人月探査機の高精度な航行データに新しい分析手法を適用した結果です。この発見により、月面の非常に大きな正の重力異常と凹んだ円形盆地の間に一貫した1:1の相関関係が観測されました。この事実は、月の地質学的発達の歴史を追跡し、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限を課します。

当時、NASA の最優先課題の「タイガー チーム」プロジェクトのひとつは、アポロ計画のナビゲーション精度をテストするために使用されていたルナ オービター宇宙船が、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) の予測位置の誤差を経験した理由を説明することでした。これは、予測された着陸エリアが、安全上の理由から慎重に定義されたエリアの 100 倍の大きさだったことを意味します。月軌道の影響は、主にマスコンの強い重力摂動から生じており、これが原因であることが最終的に明らかになりました。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ル シーサーが「修正」^{[8] [9] [10]を考案し、}アポロ 12 号に初めて適用され、以前に着陸したサーベイヤー 3 号宇宙船の 163 メートル (535 フィート) 以内に着陸することができました。^[11]

2013年5月、NASAは双子のGRAIL探査機の成果をまとめた研究を発表し、地球の月の質量濃度を地図に表した。^[12]

中国の嫦娥5T1ミッションも月のマスコンの地図を作成した。 ^[13]

地球上のマスコンは、 GRACE衛星などの衛星重力測定によって測定されることが多い。^{[14] [15]マスコンは、}表面質量密度再分配を水の密度 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]}

マスコンは水星に存在します。それらは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]

• 月の軌道 § 摂動効果と低軌道