Když se na Měsíc podíváte během několika nocí, jeho známé útvary jako by zůstávaly na stejném místě. K Zemi směřují stále stejné rozlehlé tmavé oblasti měsíčních moří, což může vyvolat dojem, že se Měsíc neotáčí. Otáčí se: kolem své osy se otočí jednou za každý oběh kolem Země. Právě tato synchronizace, zvaná slapová synchronizace, způsobuje, že vidíme téměř stále stejnou polokouli, nikoli postupně všechny strany.
Protilehlá polokoule se často označuje jako odvrácená strana. Není trvale tmavá. Sluneční světlo v různých částech měsíčního cyklu dopadá na většinu povrchu Měsíce, i když některé hluboké polární krátery zůstávají v trvalém stínu. To, co můžeme vidět, pomáhá vysvětlit geometrie oběžné dráhy Měsíce, jeho rotace i nepatrné zdánlivé kolébání.
Jedna otočka na jeden oběh
Měsíci trvá 27.32166 dne, než dokončí jednu otočku vzhledem ke vzdáleným hvězdám, a 27.32166 dne, než oběhne Zemi. Protože se tyto doby shodují, zůstává k naší planetě obrácena stále přibližně stejná strana. Kdyby se Měsíc vůbec neotáčel, jeho měnící se poloha na oběžné dráze by postupně odhalovala různé délky. Místo toho se při své cestě neustále otáčí a drží krok se svým oběhem.
Známým přirovnáním je obcházení člověka s tváří stále obrácenou k němu. Během jednoho okruhu se musíte jednou otočit, přestože člověk, který se na vás dívá, vidí po celou dobu stejnou stranu vaší hlavy. Rotace Měsíce je méně nápadná, protože na Zemi není žádný orientační bod, podle kterého bychom ji mohli snadno pozorovat z noci na noc.
Doba rotace 27.32166 dne není interval mezi dvěma úplňky. Cyklus fází trvá 29.53059 dne, protože zatímco Měsíc obíhá Zemi, soustava Země–Měsíc se zároveň pohybuje kolem Slunce. Po dokončení jednoho oběhu musí Měsíc urazit ještě kousek cesty, aby se znovu dostal do stejného postavení vůči Slunci a Zemi. Průvodce fázemi Měsíce vysvětluje, jak tyto měnící se úhly mezi Sluncem, Zemí a Měsícem vytvářejí fáze, které pozorujeme.
Jak slapové síly synchronizovaly Měsíc
Slapová synchronizace je výsledkem působení gravitace na rotující těleso v průběhu času. Gravitace Země přitahuje stranu Měsíce přivrácenou k Zemi silněji než jeho odvrácenou stranu. Tento rozdíl Měsíc nepatrně protahuje a vytváří slapovou deformaci. Když rotace Měsíce a jeho oběh nebyly synchronizované, deformace nebyla přesně zarovnaná se směrem k Zemi. Výsledný gravitační moment měnil rotaci Měsíce, zatímco vnitřní tření rozptylovalo rotační energii.
Tyto účinky postupem času zpomalily rotaci Měsíce, až jedna otočka trvala stejně dlouho jako jeden oběh. V tomto synchronizovaném stavu zůstává slapová deformace téměř zarovnaná se Zemí, takže opakující se moment, který měnil rotaci, výrazně zeslábne. Slapová synchronizace není zvláštní síla, která drží jednu stranu nehybně; je to stabilní výsledek rotace, gravitace a ztráty energie.
Slapové účinky jsou v soustavě Země–Měsíc důležité i dnes. Měsíc se od Země vzdaluje rychlostí přibližně 3.8 cm za rok, což je důsledek slapových interakcí, které v soustavě přenášejí moment hybnosti. Přesný pohyb není možné rozpoznat z jediného pozorování, souvisí však se synchronizovanou rotací Měsíce a s pokračující výměnou mezi oběhem a rotací.
Odvrácená strana není temnou stranou
Odvrácená strana je jednoduše polokoule, která směřuje od Země. Stejně jako přivrácená strana dostává sluneční světlo, když Měsíc obíhá naši planetu. Za úplňku je osvětlena přivrácená strana a odvrácená strana je většinou odvrácena od Slunce; za novu je osvětlena odvrácená strana, zatímco přivrácená strana je většinou ve tmě. Jak Měsíc prochází svými fázemi, cyklus se obrací.
Je tu jedna důležitá výjimka: ne každé místo na Měsíci střídá sluneční světlo a tmu. V blízkosti pólů se Slunce drží nízko nad obzorem. Dna některých hlubokých kráterů jsou tak dobře chráněna jejich okraji, že do nich sluneční světlo nikdy nepronikne a zůstávají trvale zastíněnými oblastmi. Tato výjimečná místa jsou důsledkem místního terénu a nízkého úhlu Slunce, nikoli toho, že leží na odvrácené straně.
Označení „temná strana Měsíce“ proto může být zavádějící. Někdy se neformálně používá pro odvrácenou stranu, ale nepopisuje polokouli, na kterou nikdy nedopadá sluneční světlo. Chcete-li zjistit, jak se během cyklu mění data a časy jednotlivých fází, využijte kalendář fází Měsíce po měsících.
Drobné kolébání odhaluje větší část povrchu
Země v průběhu času nevidí přesně polovinu Měsíce. Oběžná dráha Měsíce je mírně eliptická, a proto se mění jeho oběžná rychlost: při největším přiblížení k Zemi se pohybuje rychleji a ve větší vzdálenosti pomaleji. Rychlost jeho rotace zůstává téměř stálá, takže změny oběžné rychlosti způsobují, že se Měsíc zdánlivě trochu kolébá ze strany na stranu. Tento zdánlivý pohyb se nazývá librace v délce.
Librace v šířce má jiný původ. Osa rotace Měsíce je skloněna o 1.54 stupně k ekliptice a jeho oběžná dráha je vůči ekliptice skloněna o 5.14 stupně. Díky těmto úhlům mohou pozorovatelé v různých částech oběžné dráhy dohlédnout o kousek dál za severní nebo jižní pól Měsíce. Na pozorovaný pohled má mírný vliv také vzdálenost Měsíce a poloha pozorovatele na Zemi.
Librace neodhalí celou odvrácenou stranu najednou. Umožňuje pozorovatelům postupně nahlédnout za zdánlivý okraj. Celkem lze ze Země v určitém okamžiku spatřit přibližně 59 procent povrchu Měsíce, ačkoli najednou není vidět více než přibližně polovina. Právě toto pozvolné odhalování vysvětluje, proč podrobné mapy měsíčního povrchu zachycují i oblasti za stranou, která se při běžném pohledu jeví jako středová.
Čeho si všímat při pozorování ze Země
Užitečným způsobem, jak tento jev sledovat, je porovnávat v různých datech výrazný útvar poblíž okraje Měsíce. Librace posouvá zdánlivý okraj, takže kráter nebo tmavá oblast měsíčního moře blízko okraje může být v některém datu více odhalená než v jiném. Bez dalekohledu nebo triedru je změna nepatrná a srovnání může ztěžovat i měnící se orientace Měsíce na obloze. Zapamatujte si stejný útvar a porovnávejte pohledy pořízené v podobné fázi.
Výhled závisí nejen na tom, kdy se díváte, ale také na tom, kde na Zemi jste. Přehled Měsíce pro město nabízí místní fázi a osvětlení, východ a západ Měsíce, výšku nad obzorem a azimut, vzdálenost i informace o výhledu na oblohu a místním počasí. Průvodce nejvhodnější dobou k pozorování Měsíce pojednává o tom, jak fáze a místní podmínky ovlivňují dobu, kdy se Měsíc nachází nad obzorem. Synchronizovaná rotace Měsíce vysvětluje, proč nám jeho známá strana zůstává stále na očích; librace trpělivým pozorovatelům postupně odhaluje proměnlivý pohled kousek za ni.