Si observes la Lluna durant diverses nits, les seves marques característiques semblen mantenir-se al mateix lloc. Les mateixes grans zones fosques de les planes lunars miren cap a la Terra, cosa que pot fer pensar que la Lluna no gira. Però sí que ho fa: la Lluna gira una vegada sobre el seu eix per cada òrbita al voltant de la Terra. Aquesta sincronització, anomenada bloqueig per marees, és la raó per la qual veiem gairebé sempre el mateix hemisferi, en comptes d’anar veient tots els costats.
L’hemisferi oposat sovint s’anomena cara oculta. No està permanentment a les fosques. La llum solar arriba a la major part de la superfície lunar en diferents moments del cicle lunar, tot i que alguns cràters polars profunds romanen en ombra permanent. La geometria de l’òrbita de la Lluna, la seva rotació i una petita oscil·lació aparent ajuden a explicar què podem veure.
Una rotació per cada òrbita
La Lluna triga 27.32166 dies a completar una rotació respecte de les estrelles llunyanes i 27.32166 dies a fer una òrbita al voltant de la Terra. Com que aquests períodes coincideixen, la mateixa cara general es manté orientada cap al nostre planeta. Si la Lluna no girés gens, el seu canvi de posició al llarg de l’òrbita faria que veiéssim longituds diferents. En canvi, gira de manera constant mentre es desplaça i manté el ritme de la seva òrbita.
Una comparació coneguda és caminar al voltant d’una persona mantenint-hi la cara girada. Has de fer una volta sobre tu mateix durant el recorregut, encara que la persona que et mira només et vegi sempre el mateix costat del cap. La rotació de la Lluna és menys evident perquè a la Terra no hi ha cap referència que ens permeti advertir fàcilment aquest gir d’una nit a l’altra.
El període de rotació de 27.32166 dies no és l’interval entre una lluna plena i la següent. Aquest cicle de fases dura 29.53059 dies perquè, mentre la Lluna orbita la Terra, el sistema Terra-Lluna també es desplaça al voltant del Sol. Després de completar una òrbita, la Lluna ha de recórrer una mica més per tornar a la mateixa alineació amb el Sol i la Terra. La guia de les fases de la Lluna explica com els canvis en els angles entre el Sol, la Terra i la Lluna produeixen les fases que veiem.
Com les forces de marea van sincronitzar la Lluna
El bloqueig per marees és el resultat de l’acció de la gravetat sobre un cos en rotació al llarg del temps. La gravetat de la Terra atrau amb més força el costat de la Lluna més proper a la Terra que no pas el costat oposat. Aquesta diferència estira lleugerament la Lluna i hi crea una deformació de marea. Quan la rotació i l’òrbita de la Lluna no estaven sincronitzades, la deformació no quedava perfectament alineada amb la direcció Terra-Lluna. El parell gravitatori resultant va modificar la rotació de la Lluna, mentre que la fricció interna dissipava energia rotacional.
Amb el temps, aquests efectes van alentir la rotació de la Lluna fins que una volta sobre si mateixa va durar el mateix que una òrbita. En aquest estat sincronitzat, la deformació de marea es manté gairebé alineada amb la Terra i, per tant, el parell periòdic que modificava la rotació es redueix molt. El bloqueig per marees no és una força especial que mantingui una cara immòbil, sinó un resultat estable de la rotació, la gravetat i la pèrdua d’energia.
Els efectes de marea continuen sent importants en el sistema Terra-Lluna. La Lluna s’allunya de la Terra a uns 3.8 cm per any, com a conseqüència de les interaccions de marea que transfereixen moment angular dins del sistema. Aquest moviment no es pot veure amb una sola observació, però està relacionat amb l’intercanvi continu entre l’òrbita i la rotació de la Lluna.
La cara oculta no és una cara fosca
La cara oculta és simplement l’hemisferi que mira en direcció contrària a la Terra. Rep la llum del Sol, igual que la cara visible, mentre la Lluna orbita el nostre planeta. Quan hi ha lluna plena, la cara visible està il·luminada i la cara oculta queda majoritàriament d’esquena al Sol; quan hi ha lluna nova, la cara oculta està il·luminada i la cara visible queda majoritàriament a les fosques. El cicle s’inverteix a mesura que la Lluna avança per les seves fases.
Hi ha una excepció important: no tots els indrets de la Lluna alternen entre la llum del Sol i la foscor. A prop dels pols, el Sol es manté baix sobre l’horitzó. Alguns fons de cràter profunds estan tan protegits pels seus marges que la llum solar no hi arriba mai, i hi ha regions en ombra permanent. Aquests indrets excepcionals es deuen al relleu local i a la baixa inclinació del Sol, no pas al fet que es trobin a la cara oculta.
Per tant, l’expressió «cara fosca de la Lluna» pot induir a error. Es pot fer servir informalment per referir-se a la cara oculta, però no descriu un hemisferi que no rebi mai la llum del Sol. Per veure com canvien les dates i les hores de les fases al llarg del cicle, consulta el calendari mensual de les fases de la Lluna.
Una petita oscil·lació ens permet veure més superfície
Amb el temps, des de la Terra no veiem exactament la meitat de la Lluna. L’òrbita lunar és lleugerament el·líptica, de manera que la velocitat orbital canvia: la Lluna es mou més de pressa quan és més a prop de la Terra i més a poc a poc quan n’és més lluny. La seva velocitat de rotació es manté gairebé constant, així que els canvis en la velocitat orbital fan que sembli que la Lluna oscil·la lleugerament d’un costat a l’altre. Aquest moviment aparent s’anomena libració en longitud.
La libració en latitud té un origen diferent. L’eix de rotació de la Lluna està inclinat 1.54 graus respecte de l’eclíptica, i la seva òrbita està inclinada 5.14 graus respecte de l’eclíptica. En conjunt, aquests angles permeten als observadors veure una mica més enllà del pol lunar nord o sud en diferents punts de l’òrbita. La distància de la Lluna i la ubicació de l’observador a la Terra també afecten lleugerament la visió.
La libració no ensenya tota la cara oculta alhora. Amb el temps, permet als observadors guaitar més enllà del límit aparent. En total, des de la Terra es pot veure en algun moment al voltant del 59 percentatge de la superfície lunar, tot i que mai no se’n veu més de la meitat en un instant determinat. Aquesta revelació gradual explica per què els mapes detallats de la superfície lunar s’estenen més enllà de la cara que sembla centrada en una vista ordinària.
Què observar des de la Terra
Una manera útil de seguir aquest efecte és comparar un accident geogràfic recognoscible a prop del límit de la Lluna en dates diferents. La libració desplaça el limbe aparent, de manera que un cràter o una plana fosca a prop del límit pot semblar més exposat en una data que en una altra. El canvi és subtil sense telescopi ni prismàtics, i l’orientació canviant de la Lluna al cel també pot dificultar les comparacions. Fixa’t en el mateix accident geogràfic i compara observacions fetes en fases semblants.
La visió depèn tant del lloc de la Terra on et trobis com del moment en què observes. Un tauler lunar de la ciutat mostra la fase i la il·luminació locals, la sortida i la posta de la Lluna, l’altura i l’azimut, la distància i les condicions del cel amb la meteorologia local. Per planificar l’observació, la guia sobre el millor moment per veure la Lluna explica com la fase i les condicions locals afecten l’estona que la Lluna es manté per sobre de l’horitzó. La rotació sincronitzada de la Lluna explica per què la seva cara familiar sempre ens mira; la libració ofereix als observadors pacients una visió canviant de la zona que hi ha just més enllà.