Ako nekoliko noći zaredom pogledate Mjesec, čini se da njegove poznate šare ostaju na istom mjestu. Iste velike tamne površine lunarnih ravnica okrenute su prema Zemlji, zbog čega može izgledati kao da se Mjesec ne okreće. Ipak se okreće: Mjesec napravi jednu rotaciju oko svoje ose za svaku orbitu oko Zemlje. Ta sinhronizacija, koja se naziva plimska sinhronizacija, razlog je što vidimo gotovo istu hemisferu, a ne sve strane jednu za drugom.
Suprotna hemisfera često se naziva dalekom stranom. Ona nije stalno u mraku. Sunčeva svjetlost dopire do većeg dijela Mjesečeve površine u različitim trenucima tokom lunarnog ciklusa, iako su neki duboki polarni krateri u trajnoj sjeni. Geometrija Mjesečeve orbite, njegova rotacija i malo prividno njihanje pomažu da objasne šta možemo vidjeti.
Jedna rotacija za jednu orbitu
Mjesecu je potrebno 27.32166 dana da napravi jednu rotaciju u odnosu na udaljene zvijezde, kao i 27.32166 dana da obiđe Zemlju. Budući da se ovi periodi podudaraju, ista strana Mjeseca uglavnom je okrenuta prema našoj planeti. Kada se Mjesec uopće ne bi rotirao, njegov položaj koji se mijenja duž orbite omogućio bi nam da vidimo različite geografske dužine. Umjesto toga, on se neprestano okreće dok putuje i tako prati svoju orbitu.
Poznata usporedba je hodanje oko neke osobe dok ste licem okrenuti prema njoj. Tokom obilaska morate se jednom okrenuti, iako osoba koja vas gleda sve vrijeme vidi istu stranu vaše glave. Mjesečeva rotacija manje je očigledna jer na Zemlji nema orijentira zbog kojeg bi se ona lako primijetila iz noći u noć.
Period rotacije od 27.32166 dana nije razmak između dva puna Mjeseca. Taj ciklus mijena traje 29.53059 dana jer se, dok Mjesec kruži oko Zemlje, sistem Zemlja–Mjesec također kreće oko Sunca. Nakon što završi jednu orbitu, Mjesec mora preći još malo puta da bi se ponovo našao u istom položaju u odnosu na Sunce i Zemlju. Vodič kroz Mjesečeve mijene objašnjava kako uglovi između Sunca, Zemlje i Mjeseca koji se mijenjaju stvaraju faze koje vidimo.
Kako su plimske sile sinhronizovale Mjesec
Plimska sinhronizacija nastaje djelovanjem gravitacije na rotirajuće tijelo tokom vremena. Zemljina gravitacija jače privlači stranu Mjeseca koja je bliža Zemlji nego onu udaljeniju. Ta razlika blago izdužuje Mjesec i stvara plimnu deformaciju. Kada rotacija i orbita Mjeseca nisu bile sinhronizovane, deformacija nije bila sasvim poravnata sa smjerom Zemlja–Mjesec. Nastali gravitacijski obrtni moment mijenjao je Mjesečevu rotaciju, dok je unutrašnje trenje rasipalo energiju rotacije.
S vremenom su ti uticaji usporili rotaciju Mjeseca, sve dok jedna rotacija nije trajala koliko i jedna orbita. U tom sinhronizovanom stanju plimna deformacija ostaje gotovo poravnata sa Zemljom, pa ponavljajući obrtni moment koji je mijenjao rotaciju postaje znatno manji. Plimska sinhronizacija nije posebna sila koja drži jednu stranu nepomičnom; ona je stabilno stanje koje nastaje djelovanjem rotacije, gravitacije i gubitka energije.
Plimski uticaji i dalje su važni u sistemu Zemlja–Mjesec. Mjesec se udaljava od Zemlje brzinom od oko 3.8 cm godišnje, što je posljedica plimskih interakcija koje prenose ugaoni moment kroz sistem. To kretanje nije moguće uočiti na osnovu jednog posmatranja, ali ono povezuje sinhronizovanu rotaciju Mjeseca sa stalnom razmjenom između orbite i rotacije.
Daleka strana nije tamna strana
Daleka strana je jednostavno hemisfera okrenuta od Zemlje. Ona prima Sunčevu svjetlost, baš kao i bliža strana, dok Mjesec kruži oko naše planete. Za vrijeme punog Mjeseca bliža strana je osvijetljena, dok je daleka strana uglavnom okrenuta od Sunca; za vrijeme mladog Mjeseca daleka strana je osvijetljena, dok je bliža strana uglavnom u mraku. Ciklus se obrće dok Mjesec prolazi kroz svoje faze.
Postoji jedna važna napomena: ne smjenjuju se sva mjesta na Mjesecu između sunčeve svjetlosti i mraka. Blizu polova Sunce ostaje nisko iznad horizonta. Neka dna dubokih kratera toliko su zaštićena njihovim rubovima da Sunčeva svjetlost nikada ne dopire do njih, pa su u trajnoj sjeni. Ova izuzetna mjesta posljedica su lokalnog reljefa i niskog ugla Sunca, a ne toga što se nalaze na dalekoj strani.
Zato izraz „tamna strana Mjeseca” može dovesti u zabludu. Može se neformalno koristiti kao naziv za daleku stranu, ali ne opisuje hemisferu do koje Sunčeva svjetlost nikada ne dopire. Da biste vidjeli kako se datumi i vremena faza mijenjaju tokom ciklusa, pogledajte kalendar Mjesečevih faza za svaki mjesec.
Blago njihanje otkriva veći dio površine
Vremenom sa Zemlje ne vidimo tačno polovinu Mjeseca. Mjesečeva orbita je blago eliptična, pa se njegova orbitalna brzina mijenja: brže se kreće kada je najbliži Zemlji, a sporije kada je dalje. Brzina njegove rotacije ostaje gotovo nepromijenjena, pa zbog promjene orbitalne brzine izgleda kao da se Mjesec malo njiše s jedne na drugu stranu. To prividno kretanje naziva se libracija po geografskoj dužini.
Libracija po geografskoj širini ima drugi uzrok. Mjesečeva osa rotacije nagnuta je za 1.54 stepena u odnosu na ekliptiku, a njegova orbita za 5.14 stepeni. Zajedno, ovi uglovi omogućavaju posmatračima da u različitim dijelovima orbite vide malo dalje preko Mjesečevog sjevernog ili južnog pola. Na pogled u manjoj mjeri utiču i udaljenost Mjeseca te položaj posmatrača na Zemlji.
Libracija ne otkriva cijelu daleku stranu odjednom. Ona posmatračima omogućava da s vremenom provire iza prividnog ruba. Ukupno se sa Zemlje u nekom trenutku može vidjeti oko 59 posto Mjesečeve površine, iako u jednom trenutku nije vidljivo više od približno polovine. Ovo postepeno otkrivanje razlog je što detaljne karte Mjesečeve površine obuhvataju i područja izvan strane koja se u uobičajenom pogledu nalazi u sredini.
Šta posmatrati sa Zemlje
Dobar način da pratite ovaj efekat jeste da različitih datuma uporedite neki prepoznatljiv detalj blizu Mjesečevog ruba. Libracija pomjera prividni rub, pa krater ili tamna ravnica blizu ruba jednog datuma mogu izgledati izloženije nego drugog. Bez teleskopa ili dvogleda ovu je promjenu teško uočiti, a poređenja može otežati i promjena orijentacije Mjeseca na nebu. Zapamtite isti detalj i uporedite prikaze nastale u sličnim fazama.
Pogled zavisi i od toga gdje se na Zemlji nalazite i od vremena posmatranja. Gradska kontrolna ploča za Mjesec prikazuje lokalnu fazu i osvijetljenost, izlazak i zalazak Mjeseca, visinu i azimut, udaljenost te stanje neba i lokalne vremenske prilike. Za planiranje, vodič za najbolji trenutak za posmatranje Mjeseca objašnjava kako faza i lokalni uslovi utiču na to kada se Mjesec nalazi iznad horizonta. Sinhronizovana rotacija Mjeseca objašnjava zašto je njegovo poznato lice uvijek okrenuto prema nama; libracija strpljivim posmatračima omogućava da zavire malo iza njega.