Луна обращена к Земле почти одной и той же стороной, потому что за 27,3 суток она совершает один оборот вокруг оси и за то же время облетает нашу планету. Она не застыла в пространстве: её вращение точно совпадает с движением по орбите.
Приливной захват — это режим движения спутника, при котором период вращения вокруг оси равен периоду обращения вокруг планеты. У Луны это совпадение и создаёт привычную картину: где бы она ни находилась на орбите, к Земле почти всегда обращено одно и то же полушарие.
Это не редкое стечение обстоятельств. У крупных спутников планет такой режим встречается часто: в Солнечной системе он возникает из-за долгого гравитационного взаимодействия. Среднее расстояние между Землёй и Луной составляет 384 399 километров. Земное притяжение миллиарды лет постепенно меняло вращение Луны.
Представьте, что на видимой стороне Луны нарисована стрелка. Она указывала бы прямо на Землю на протяжении всего оборота Луны вокруг Земли, ни разу не отклонившись. Чтобы сохранять такое направление, Луна должна непрерывно поворачиваться вокруг своей оси.
Из-за такой упорядоченности само движение легко не заметить. В разные вечера лунные моря и крупные кратеры остаются на знакомых местах. Но за одни сутки Луна проходит заметную часть орбиты и одновременно поворачивается на соответствующий угол вокруг оси. Согласованность двух движений и удерживает перед нами знакомый лунный диск.
Луна вращается, просто это почти незаметно
Луна действительно вращается вокруг оси. Если бы вращения не было, за один оборот вокруг Земли перед нами постепенно открылись бы все её долготы, а не одно и то же полушарие. Синхронность означает не отсутствие движения, а равенство двух периодов.
Здесь легко спутать три разных цикла. Первые два почти одинаковы по длительности и описывают движение Луны относительно Земли; третий связан с тем, как её освещает Солнце.
| Движение или цикл | Длительность | Что это означает |
|---|---|---|
| Вращение Луны вокруг оси | Около 27,3 суток | Луна делает полный оборот |
| Обращение вокруг Земли | Около 27,3 суток | Сидерический период: Луна возвращается в то же положение относительно далёких звёзд |
| Цикл фаз | Около 29,5 суток | Время от одного новолуния до следующего |
Цикл фаз длиннее не из-за нарушения синхронности. Пока Луна облетает Землю, сама Земля проходит часть пути вокруг Солнца. Поэтому Луне нужно преодолеть ещё небольшой отрезок орбиты, чтобы снова занять то же положение относительно Солнца и повторить фазу.
Отсюда и разница между 27,3 и 29,5 суток. Орбитальный период отвечает на вопрос о движении Луны вокруг Земли, а фазы показывают, какую часть освещённого диска мы видим с нашей планеты.
Как земная гравитация замедлила вращение Луны
Приливной захват сформировала гравитация Земли. Ранняя Луна была горячее и менее твёрдой, чем теперь, поэтому земное притяжение заметнее деформировало её: форма спутника слегка вытягивалась в сторону Земли.
Когда Луна вращалась быстрее или медленнее, чем сейчас, приливной горб не был точно направлен к Земле. Он постоянно смещался, а внутреннее трение в лунном веществе превращало часть энергии в тепло. Так вращение постепенно теряло скорость.
В конце концов возникло устойчивое состояние: один оборот вокруг оси за один оборот вокруг Земли. Тогда приливной горб перестал заметно смещаться относительно Земли, и основной механизм приливного торможения почти перестал рассеивать энергию. Гравитация не исчезла, но уже не меняет осевое вращение так сильно.
- Луна не перестала вращаться: за каждый оборот вокруг Земли она делает полный оборот вокруг своей оси.
- Обратная сторона Луны не остаётся постоянно тёмной.
- С Земли за всё время наблюдений видна не половина лунной поверхности, а около 59%.
Для наблюдателя на видимой стороне Луны Земля почти висела бы на одном месте в небе, хотя её диск вращался бы вокруг собственной оси. Либрация вызывала бы лишь небольшие видимые смещения Земли, но не отменяла бы общего принципа синхронного движения.
Почему видно больше половины лунной поверхности
С Земли в сумме можно увидеть около 59% лунной поверхности благодаря либрации — видимому покачиванию лунного диска. В конкретный вечер перед нами всё то же основное полушарие, но со временем в поле зрения попадают разные участки у её края.
Одна из причин либрации связана с эллиптической орбитой. Вблизи перигея Луна движется по орбите быстрее, а вокруг оси вращается почти равномерно. Из-за небольшой разницы темпов мы чуть заглядываем за один край диска, а в другой части орбиты — за противоположный.
Есть и либрация по широте. Орбита Луны наклонена относительно плоскости эклиптики, к тому же ось вращения Луны наклонена относительно плоскости этой орбиты. Поэтому в разное время немного лучше видны то северные, то южные участки возле края.
Либрация не превращает видимую сторону в обратную и не означает, что Луна вдруг поворачивается к нам другой стороной. Она только сдвигает границу видимого края. Поэтому фраза «Луна всегда одной стороной к Земле» верна, если помнить об этом небольшом уточнении.
Обратная сторона Луны не погружена в вечную тьму
Обратная сторона Луны не тёмная: Солнце поочерёдно освещает её и полушарие, которое мы видим с Земли. Слово «обратная» обозначает только ориентацию относительно нашей планеты, а не отсутствие света.
Фазы Луны тоже не делят её на светлую и тёмную половины. Они показывают, какую часть освещённой Солнцем поверхности видно с Земли. В полнолуние освещена практически вся видимая сторона Луны, а в новолуние освещено главным образом полушарие, обращённое от нас.
Первые снимки обратной стороны передал аппарат «Луна-3» в октябре 1959 года. На них оказалось меньше крупных тёмных лавовых равнин, которые астрономы называют морями, и больше ударных кратеров. Сейчас оба полушария снимают орбитальные аппараты, поэтому обратная сторона давно перестала быть неизвестной территорией.
Останется ли Луна обращённой к нам одной стороной
Луна удаляется от Земли примерно на 3,8 сантиметра в год, но это не нарушает синхронного вращения. Расстояние измеряют лазерной локацией по отражателям, оставленным на лунной поверхности миссиями «Аполлон».
Причина этого удаления — обмен моментом импульса с океанами Земли при их приливном взаимодействии. Процесс идёт чрезвычайно медленно, поэтому он не изменит вид Луны на протяжении многих поколений. Для нас важнее другое: спутник движется и вращается, но его движение согласовано с земной гравитацией.
Ответ на вопрос, почему Луна обращена к Земле одной стороной, заключается не в неподвижности, а в точной синхронности. Один оборот вокруг оси за один оборот вокруг Земли удерживает перед нашими глазами почти то же полушарие, а либрация лишь немного открывает её края.
