Погледнете Луната в няколко поредни нощи и ще забележите, че познатите ѝ очертания сякаш остават на едно и също място. Едни и същи обширни тъмни лунни равнини са обърнати към Земята и може да изглежда, че Луната не се върти. Но тя се върти: Луната прави една обиколка около оста си за всяка обиколка около Земята. Тази синхронизация, наречена приливно захващане, е причината да виждаме почти едно и също полукълбо, а не последователно всички страни.
Противоположното полукълбо често се нарича обратната страна. То не е постоянно тъмно. Слънчевата светлина достига до по-голямата част от лунната повърхност в различни моменти от лунния цикъл, макар че някои дълбоки полярни кратери остават в постоянна сянка. Геометрията на лунната орбита, въртенето ѝ и малкото видимо поклащане помагат да разберем какво можем да наблюдаваме.
Едно завъртане за една обиколка
На Луната са ѝ нужни 27.32166 дни, за да направи едно завъртане спрямо далечните звезди, и 27.32166 дни, за да обиколи Земята. Тъй като тези периоди съвпадат, една и съща обща страна остава обърната към нашата планета. Ако Луната изобщо не се въртеше, променящото се положение по орбитата ѝ щеше да разкрива различни дължини. Вместо това тя се върти равномерно, докато се движи, и така поддържа темпото на орбитата си.
Позната аналогия е да обикаляте около човек, като през цялото време сте обърнати към него. По време на обиколката трябва да се завъртите веднъж, макар че човекът, който ви гледа, през цялото време вижда една и съща страна на главата ви. Въртенето на Луната е по-трудно забележимо, защото на Земята няма ориентир, който лесно да ни показва промяната от нощ на нощ.
Периодът на въртене от 27.32166 дни не е интервалът между две пълнолуния. Цикълът на фазите продължава 29.53059 дни, защото докато Луната обикаля около Земята, системата Земя–Луна също се движи около Слънцето. След като завърши една обиколка, Луната трябва да измине още малко, за да се върне в същото положение спрямо Слънцето и Земята. Ръководството за фазите на Луната обяснява как променящите се ъгли между Слънцето, Земята и Луната пораждат фазите, които наблюдаваме.
Как приливните сили синхронизирали Луната
Приливното захващане е резултат от действието на гравитацията върху въртящо се тяло в продължение на време. Гравитацията на Земята привлича по-силно страната на Луната, която е по-близо до Земята, отколкото далечната ѝ страна. Тази разлика леко деформира Луната и създава приливно издуване. Когато въртенето и орбитата на Луната не били синхронизирани, деформацията не била точно подравнена с посоката Земя–Луна. Възникналият гравитационен въртящ момент променял въртенето на Луната, а вътрешното триене разсейвало енергията на въртенето.
С течение на времето тези ефекти забавили въртенето на Луната, докато едно завъртане не започнало да отнема същото време като една обиколка. В това синхронизирано състояние приливното издуване остава почти подравнено със Земята, затова повтарящият се въртящ момент, който променял въртенето, значително намалява. Приливното захващане не е особена сила, която задържа една страна неподвижна; то е устойчив резултат от въртенето, гравитацията и загубата на енергия.
Приливните ефекти продължават да влияят на системата Земя–Луна. Луната се отдалечава от Земята с около 3.8 см годишно — следствие от приливните взаимодействия, които пренасят ъглов момент в системата. Точното движение не може да се установи от едно наблюдение, но то свързва синхронизираното въртене на Луната с продължаващия обмен между орбитата и въртенето.
Обратната страна не е тъмна страна
Обратната страна е просто полукълбото, което е обърнато встрани от Земята. То получава слънчева светлина също като видимата страна, докато Луната обикаля около нашата планета. При пълнолуние видимата страна е осветена, а обратната е обърната предимно встрани от Слънцето; при новолуние обратната страна е осветена, докато видимата е предимно в тъмнина. Цикълът се обръща, докато Луната преминава през фазите си.
Има едно важно уточнение: не всяко място на Луната се редуват да бъде осветено и тъмно. Близо до полюсите Слънцето остава ниско над хоризонта. Някои дълбоки кратерни дъна са толкова добре защитени от околните им стени, че слънчевата светлина никога не достига до тях и те остават в постоянно засенчени области. Тези изключителни места са следствие от местния релеф и ниския ъгъл на Слънцето, а не от разположението им на обратната страна.
Затова изразът „тъмната страна на Луната“ може да подвежда. Понякога се използва разговорно за обратната страна, но не описва полукълбо, до което слънчевата светлина никога не достига. За да проследите как датите и часовете на фазите се променят през цикъла, използвайте календара на фазите на Луната по месеци.
Малкото поклащане разкрива още от повърхността
С течение на времето от Земята не виждаме точно половината от Луната. Орбитата на Луната е леко елиптична, затова орбиталната ѝ скорост се променя: тя се движи по-бързо при най-близкото си приближаване до Земята и по-бавно, когато е по-далеч. Скоростта на въртенето ѝ остава почти постоянна, затова променящата се орбитална скорост създава впечатление, че Луната леко се поклаща от едната страна към другата. Това привидно движение се нарича либрация по дължина.
Либрацията по ширина има друг източник. Оста на въртене на Луната е наклонена с 1.54 градуса спрямо еклиптиката, а орбитата ѝ — с 5.14 градуса спрямо еклиптиката. В съчетание тези ъгли позволяват на наблюдателите да виждат малко по-далеч отвъд северния или южния полюс на Луната в различни моменти от орбитата. Разстоянието до Луната и местоположението на наблюдателя на Земята също леко влияят на гледката.
Либрацията не разкрива цялата обратна страна наведнъж. Тя позволява на наблюдателите постепенно да надникват отвъд видимия ръб. Общо от Земята може да се видят в някакъв момент около 59 процента от лунната повърхност, макар че в даден миг се вижда не повече от приблизително половината. Това бавно разкриване обяснява защо подробните карти на лунната повърхност обхващат и области отвъд страната, която изглежда центрирана при обикновено наблюдение.
Какво да наблюдавате от Земята
Полезен начин да проследите ефекта е да сравните разпознаваема особеност близо до ръба на Луната в различни дни. Либрацията измества видимия край на диска, така че кратер или тъмна равнина близо до ръба може да изглежда по-открита в един ден, отколкото в друг. Промяната е фина без телескоп или бинокъл, а променящата се ориентация на Луната в небето също може да затрудни сравненията. Запомнете една и съща особеност и сравнявайте изображения, направени при сходни фази.
Гледката зависи не само от това кога наблюдавате, но и от мястото ви на Земята. Лунен панел за града показва местната фаза и осветеност, изгрева и залеза на Луната, височината и азимута ѝ, разстоянието до нея, както и състоянието на небето и местното време. За планиране ръководството за най-подходящото време за наблюдение на Луната разглежда как фазата и местните условия влияят на времето, когато тя е над хоризонта. Синхронизираното въртене на Луната обяснява защо познатата ѝ страна остава обърната към нас, а либрацията позволява на търпеливите наблюдатели да зърнат променящи се части точно отвъд нея.