Kun katsot Kuuta useana yönä, sen tutut kuviot näyttävät pysyvän paikoillaan. Samat laajat tummat kuun tasangot ovat Maata kohti, mikä voi saada näyttämään siltä, ettei Kuu pyöri. Se kuitenkin pyörii: Kuu kiertyy kerran akselinsa ympäri jokaista Maan ympäri tekemäänsä kierrosta kohti. Tämä synkronoituminen, jota kutsutaan vuorovesilukkiutumiseksi, on syy siihen, että näemme lähes saman puoliskon emmekä vuorotellen Kuun jokaista puolta.
Vastakkaisesta puoliskosta käytetään usein nimitystä Kuun kääntöpuoli. Se ei ole pysyvästi pimeä. Auringonvalo osuu Kuun pinnan useimpiin osiin kuunkierron eri vaiheissa, vaikka jotkin syvät napakraatterit ovat jatkuvasti varjossa. Kuun kiertoradan geometria, sen pyöriminen ja pieni näennäinen huojunta auttavat kaikki selittämään, mitä voimme nähdä.
Yksi pyörähdys yhtä kierrosta kohti
Kuu pyörähtää kerran akselinsa ympäri suhteessa kaukaisiin tähtiin 27,32166 päivässä ja kiertää Maan kerran 27,32166 päivässä. Koska nämä jaksot ovat yhtä pitkät, sama puoli pysyy pääpiirteissään planeettaamme kohti. Jos Kuu ei pyörisi lainkaan, sen sijainnin muuttuessa kiertoradalla näkyviin tulisi eri pituuspiirejä. Sen sijaan se pyörii tasaisesti edetessään ja pysyy kiertoliikkeensä tahdissa.
Tuttuna vertauksena voi ajatella, että kävelet ympyrää ihmisen ympäri pitäen kasvosi häntä kohti. Sinun on käännyttävä kerran kierroksen aikana, vaikka sinua katsova ihminen näkee koko ajan saman puolen päästäsi. Kuun pyöriminen ei ole yhtä ilmeistä, sillä Maassa ei ole sellaista maamerkkiä, jonka avulla sen pyörimisen huomaisi helposti yöstä toiseen.
27,32166 päivän pyörähdysjakso ei tarkoita täysikuusta seuraavaan kuluvaa aikaa. Vaihekierto kestää 29,53059 päivää, koska Maan kiertäessä Kuuta myös Maa-Kuu-järjestelmä liikkuu Auringon ympäri. Kuun täytyy kulkea hieman pidemmälle yhden kierroksen jälkeen, jotta se asettuu jälleen samaan linjaan Auringon ja Maan kanssa. Opas Kuun vaiheisiin selittää, miten Auringon, Maan ja Kuun kulmien muutokset synnyttävät näkemämme vaiheet.
Miten vuorovesivoimat tahdistivat Kuun pyörimisen
Vuorovesilukkiutuminen syntyy, kun painovoima vaikuttaa pyörivään kappaleeseen pitkän ajan kuluessa. Maan painovoima vetää Kuun Maata lähempää puolta voimakkaammin kuin sen vastakkaista puolta. Tämä ero venyttää Kuuta hieman ja aiheuttaa vuorovesimuodonmuutoksen. Kun Kuun pyöriminen ja kiertoliike eivät olleet tahdissa keskenään, muodonmuutos ei ollut täsmälleen Maa-Kuu-suunnan mukainen. Tästä aiheutuva gravitaatiovääntömomentti muutti Kuun pyörimistä, ja sisäinen kitka haihdutti pyörimisenergiaa.
Ajan mittaan nämä vaikutukset hidastivat Kuun pyörimistä, kunnes yksi pyörähdys kesti yhtä kauan kuin yksi kierros kiertoradalla. Tässä synkronoidussa tilassa vuorovesimuodonmuutos pysyy lähes Maahan nähden samassa linjassa, joten pyörimistä muuttava toistuva vääntömomentti heikkenee huomattavasti. Vuorovesilukkiutuminen ei ole jokin erityinen voima, joka pitää yhden puolen paikallaan, vaan pyörimisen, painovoiman ja energiahäviön vakaa seuraus.
Vuorovesivaikutuksilla on edelleen merkitystä Maa-Kuu-järjestelmässä. Kuu loittonee Maasta noin 3,8 cm vuodessa. Tämä johtuu vuorovesivuorovaikutuksista, jotka siirtävät liikemäärämomenttia järjestelmän sisällä. Liike ei näy yksittäisestä havainnosta, mutta se liittyy Kuun lukkiutuneeseen pyörimiseen sekä kiertoliikkeen ja pyörimisen jatkuvaan vaihtovaikutukseen.
Kuun kääntöpuoli ei ole pimeä puoli
Kuun kääntöpuoli on yksinkertaisesti se puolisko, joka on poispäin Maasta. Se saa auringonvaloa aivan kuten Maata kohti oleva puoliskokin Kuun kiertäessä planeettaamme. Täysikuun aikaan Maata kohti oleva puoli on valaistu ja kääntöpuoli on enimmäkseen poispäin Auringosta; uudenkuun aikaan kääntöpuoli on valaistu, kun taas Maata kohti oleva puoli on enimmäkseen pimeänä. Kuun liikkuessa vaiheesta toiseen tilanne vaihtuu.
Tähän liittyy yksi tärkeä täsmennys: kaikki Kuun paikat eivät vuorottele auringonvalon ja pimeyden välillä. Napojen lähellä Aurinko pysyttelee matalalla horisontin yläpuolella. Jotkin syvät kraatterinpohjat ovat reunojensa suojassa niin hyvin, ettei auringonvalo koskaan yllä niihin, jolloin niihin muodostuu pysyvästi varjossa olevia alueita. Nämä poikkeukselliset paikat johtuvat paikallisesta maastosta ja Auringon matalasta kulmasta, eivät siitä, että ne sijaitsevat Kuun kääntöpuolella.
Ilmaus ”Kuun pimeä puoli” voi siksi johtaa harhaan. Sitä voidaan käyttää arkisesti tarkoittamaan Kuun kääntöpuolta, mutta se ei kuvaa puoliskoa, joka ei koskaan saa auringonvaloa. Voit seurata vaiheiden päivämääriä ja kellonaikoja kierron aikana käyttämällä Kuun vaihekalenteria kuukausittain.
Pieni huojunta paljastaa lisää Kuun pinnasta
Ajan mittaan Maasta ei nähdä Kuusta täsmälleen puolta. Kuun kiertorata on hieman elliptinen, joten sen ratanopeus muuttuu: se liikkuu nopeammin lähimpänä Maata ja hitaammin kauempana. Kuun pyörimisnopeus pysyy lähes vakiona, joten ratanopeuden muutokset saavat Kuun näyttämään siltä kuin se heilahtelisi hieman puolelta toiselle. Tätä näennäistä liikettä kutsutaan pituusasteen libraatioksi.
Leveysasteen libraatio johtuu eri syystä. Kuun pyörimisakseli on 1,54 astetta kallellaan ekliptikaan nähden, ja sen kiertorata on kallistunut ekliptikaan nähden 5,14 astetta. Yhdessä nämä kulmat antavat havaitsijoille mahdollisuuden nähdä eri kohdissa kiertorataa hieman pidemmälle Kuun pohjois- tai etelänavan yli. Myös Kuun etäisyys ja havaitsijan sijainti Maassa vaikuttavat näkymään hieman.
Libraatio ei paljasta koko Kuun kääntöpuolta kerralla. Sen ansiosta havaitsijat voivat ajan mittaan kurkistaa näennäisen reunan taakse. Kaikkiaan Maasta voidaan nähdä jossakin vaiheessa noin 59 prosenttia Kuun pinnasta, vaikka yhdellä hetkellä näkyvissä on enintään noin puolet. Tämän vähittäisen paljastumisen vuoksi Kuun pinnan yksityiskohtaiset kartat ulottuvat tavallisessa näkymässä keskellä näkyvän puolen ulkopuolelle.
Mitä Maasta kannattaa tarkkailla
Hyvä tapa havainnoida tätä ilmiötä on verrata jotakin tunnistettavaa, Kuun reunalla sijaitsevaa kohdetta eri päivinä. Libraatio siirtää näennäistä reunaa, joten reunan lähellä oleva kraatteri tai tumma tasanko saattaa näyttää yhtenä päivänä enemmän esillä olevalta kuin toisena. Muutos on vaikea havaita ilman kaukoputkea tai kiikaria, ja myös Kuun asennon muuttuminen taivaalla voi hankaloittaa vertailua. Pidä sama kohde mielessä ja vertaa näkymiä, jotka on tehty suunnilleen samassa vaiheessa.
Näkymä riippuu myös siitä, missä päin Maata olet ja milloin katsot. Kaupungin Kuu-koontinäkymä näyttää paikallisen vaiheen ja valaistuksen, kuun nousu- ja laskuajat, korkeuden ja atsimuutin, etäisyyden sekä taivaan näkymän paikallisen sään kanssa. Suunnittelua varten opas parhaaseen aikaan nähdä Kuu kertoo, miten vaihe ja paikalliset olosuhteet vaikuttavat siihen, milloin Kuu on horisontin yläpuolella. Kuun synkronoitu pyöriminen selittää, miksi sen tuttu puoli pysyy näkyvissämme; libraatio antaa kärsivällisille havaitsijoille vaihtelevan pilkahduksen hieman sen takaa.