התבוננו בירח במשך כמה לילות, וסימני ההיכר המוכרים שעל פניו ייראו כאילו הם נשארים במקומם. אותם אזורים נרחבים וכהים של מישורי הירח פונים אל כדור הארץ, ולכן נדמה לפעמים שהירח אינו מסתובב. אבל הוא כן: הירח מסתובב פעם אחת סביב צירו בכל הקפה של כדור הארץ. הסנכרון הזה, המכונה נעילת גאות, הוא הסיבה שאנו רואים כמעט תמיד את אותה חצי כדור ולא כל פעם צד אחר.
החצי הנגדי מכונה לעיתים קרובות הצד הרחוק. הוא אינו חשוך תמיד. אור השמש מגיע לרוב פני הירח בשלבים שונים של מחזור הירח, אם כי כמה מכתשים עמוקים סמוך לקטבים נותרים בצל תמידי. הגאומטריה של מסלול הירח, סיבובו ותנודה מדומה קטנה מסייעים להסביר את מה שאנו רואים.
סיבוב אחד לכל הקפה
לירח נדרשים 27.32166 ימים כדי להשלים סיבוב אחד ביחס לכוכבים הרחוקים, ו-27.32166 ימים כדי להקיף את כדור הארץ. מכיוון שפרקי הזמן האלה זהים, אותו צד כללי נשאר מופנה אל כוכב הלכת שלנו. אילו הירח לא היה מסתובב כלל, מיקומו המשתנה לאורך המסלול היה חושף אורכי אורך שונים. במקום זאת, הוא מסתובב בהתמדה תוך כדי תנועתו, ושומר על קצב ההקפה שלו.
דימוי מוכר הוא להקיף אדם תוך שמירה על הפנים מופנות אליו. במהלך ההקפה צריך להסתובב פעם אחת, אף שהאדם שמביט בך רואה לאורך כל הדרך את אותו צד של ראשך. סיבוב הירח בולט פחות, משום שאין על פני כדור הארץ נקודת ציון שמאפשרת להבחין בו בקלות מלילה ללילה.
תקופת הסיבוב של 27.32166 ימים אינה פרק הזמן שבין ירח מלא אחד לבא אחריו. מחזור המופעים הזה נמשך 29.53059 ימים, מפני שבזמן שהירח מקיף את כדור הארץ, מערכת כדור הארץ–ירח נעה גם סביב השמש. לאחר שהשלים הקפה אחת, על הירח לעבור מרחק קטן נוסף כדי לשוב לאותו יישור ביחס לשמש ולכדור הארץ. המדריך למופעי הירח מסביר כיצד הזוויות המשתנות בין השמש, כדור הארץ והירח יוצרות את המופעים שאנו רואים.
כיצד כוחות הגאות סנכרנו את הירח
נעילת גאות היא תוצאה של פעולת הכבידה על גוף מסתובב לאורך זמן. כוח הכבידה של כדור הארץ מושך את הצד של הירח הקרוב לכדור הארץ בעוצמה רבה יותר מאשר את הצד הרחוק. ההבדל הזה מותח מעט את הירח ויוצר עיוות גאות. כאשר סיבוב הירח והקפתו לא היו מסונכרנים, העיוות לא התיישר בדיוק עם הכיוון שבין כדור הארץ לירח. מומנט הכבידה שנוצר שינה את סיבוב הירח, ואילו חיכוך פנימי פיזר אנרגיית סיבוב.
עם הזמן האטו ההשפעות האלה את סיבוב הירח, עד שסיבוב אחד נמשך זמן זהה להקפה אחת. במצב המסונכרן הזה, עיוות הגאות נשאר כמעט מיושר עם כדור הארץ, ולכן המומנט החוזר ששינה את הסיבוב נעשה קטן בהרבה. נעילת גאות אינה כוח מיוחד שמחזיק צד אחד ללא תנועה; זהו מצב יציב הנובע מסיבוב, מכבידה ומאובדן אנרגיה.
השפעות הגאות עדיין חשובות במערכת כדור הארץ–ירח. הירח מתרחק מכדור הארץ בקצב של כ-3.8 ס"מ בשנה, כתוצאה מאינטראקציות גאות שמעבירות תנע זוויתי במערכת. אי אפשר להבחין בתנועה המדויקת מתצפית אחת, אך היא קשורה בין סיבובו הנעול של הירח לבין חילופי תנע מתמשכים בין המסלול לסיבוב.
הצד הרחוק אינו הצד החשוך
הצד הרחוק הוא פשוט חצי הכדור שפונה הרחק מכדור הארץ. הוא מקבל אור שמש, בדיוק כמו הצד הקרוב, בזמן שהירח מקיף את כוכב הלכת שלנו. בירח מלא, הצד הקרוב מואר והצד הרחוק פונה ברובו הרחק מהשמש; בירח חדש, הצד הרחוק מואר ואילו הצד הקרוב שרוי ברובו בחשכה. המחזור מתהפך כשהירח מתקדם בין מופעיו.
יש הסתייגות חשובה: לא כל מקום על הירח מתחלף בין אור שמש לחשכה. סמוך לקטבים, השמש נשארת נמוכה מעל האופק. רצפותיהם של כמה מכתשים עמוקים מוגנות כל כך על ידי שוליהם, שאור השמש לעולם אינו מגיע אליהן, והן נותרות אזורים המוצלים תמיד. המקומות החריגים האלה נובעים מתוואי השטח המקומי ומזווית השמש הנמוכה, ולא מכך שהם נמצאים בצד הרחוק.
לכן הביטוי „הצד החשוך של הירח” עלול להטעות. משתמשים בו לפעמים באופן לא רשמי כדי להתכוון לצד הרחוק, אך הוא אינו מתאר חצי כדור שלעולם אינו מקבל אור שמש. כדי לראות כיצד התאריכים והשעות של המופעים משתנים לאורך המחזור, השתמשו בלוח מופעי הירח לפי חודשים.
תנודה קטנה חושפת עוד מפני השטח
לאורך זמן, כדור הארץ אינו רואה בדיוק חצי מהירח. מסלול הירח אליפטי מעט, ולכן מהירותו במסלול משתנה: הוא נע מהר יותר כשהוא קרוב ביותר לכדור הארץ ולאט יותר כשהוא רחוק ממנו. קצב הסיבוב שלו נותר כמעט קבוע, ולכן השינוי במהירות המסלול גורם לירח להיראות כאילו הוא מתנדנד מעט מצד לצד. התנועה המדומה הזאת נקראת ליברציה באורך.
לליברציה בקו הרוחב יש מקור אחר. ציר הסיבוב של הירח נטוי ב-1.54 מעלות ביחס למישור המילקה, ומסלולו נטוי ב-5.14 מעלות ביחס למישור המילקה. יחד, הזוויות האלה מאפשרות לצופים לראות מעט מעבר לקוטב הצפוני או הדרומי של הירח בנקודות שונות במסלולו. גם המרחק של הירח ומיקומו של הצופה על פני כדור הארץ משפיעים מעט על המראה.
הליברציה אינה חושפת את כל הצד הרחוק בבת אחת. היא מאפשרת לצופים להציץ מעבר לשול הנראה לאורך זמן. בסך הכול, ניתן לראות מכדור הארץ בשלב כלשהו כ-59 אחוזים מפני הירח, אף שלא יותר מכמחציתם נראים ברגע נתון. החשיפה האיטית הזאת היא הסיבה שמפות מפורטות של פני הירח משתרעות מעבר לצד שנראה במרכז בתצפית רגילה.
על מה כדאי לשים לב בתצפית מכדור הארץ
דרך מועילה לעקוב אחר התופעה היא להשוות תוואי שטח מוכר סמוך לשולי הירח בתאריכים שונים. הליברציה משנה את מיקומו של השול הנראה, ולכן מכתש או מישור כהה הקרובים לשול עשויים להיראות חשופים יותר בתאריך אחד מאשר באחר. קשה להבחין בשינוי בלי טלסקופ או משקפת, וגם שינוי כיוון הירח בשמים עלול להקשות על ההשוואה. בחרו תוואי שטח מסוים והשוו תצפיות שנעשו במופעים דומים.
המראה תלוי גם במקום שבו אתם נמצאים על פני כדור הארץ וגם במועד התצפית. לוח הירח לעיר מספק מידע מקומי על המופע והתאורה, זריחת הירח ושקיעתו, גובהו ואזימוטו, מרחקו ותנאי השמים ומזג האוויר המקומיים. לתכנון התצפית, המדריך למועד הטוב ביותר לצפייה בירח מסביר כיצד המופע והתנאים המקומיים משפיעים על מועד הימצאותו מעל האופק. סיבובו המסונכרן של הירח מסביר מדוע פניו המוכרים נשארים מולנו; הליברציה מעניקה לצופים סבלניים הצצה משתנה מעט מעבר להם.