Promatrajte Mjesec nekoliko noći zaredom i vidjet ćete da njegovi prepoznatljivi uzorci ostaju na mjestu. Iste velike tamne površine mjesečevih ravnica okrenute su prema Zemlji, zbog čega se može činiti da se Mjesec ne okreće. No okreće se: Mjesec se jednom okrene oko svoje osi za svaki obilazak Zemlje. Ta sinkronizacija, nazvana plimna sinkronizacija, razlog je zašto vidimo gotovo istu polutku, umjesto da nam se redom okreću sve njegove strane.
Suprotna se polutka često naziva dalekom stranom. Ona nije trajno tamna. Sunčeva svjetlost tijekom različitih dijelova Mjesečeva ciklusa dopire do većine Mjesečeve površine, premda su neki duboki polarni krateri u trajnoj sjeni. Geometrija Mjesečeve orbite, njegova rotacija i maleno prividno njihanje objašnjavaju što možemo vidjeti.
Jedna rotacija po orbiti
Mjesecu treba 27,32166 dana da dovrši jednu rotaciju u odnosu na udaljene zvijezde, a 27,32166 dana da obiđe Zemlju. Budući da se ta razdoblja podudaraju, ista je opća strana Mjeseca stalno okrenuta prema našem planetu. Kad se Mjesec uopće ne bi okretao, zbog njegova promjenjivog položaja na orbiti u vidokrugu bi se našli različiti meridijani. Umjesto toga, on se neprestano okreće dok putuje i prati svoju orbitu.
Poznata je usporedba s hodanjem oko druge osobe uz stalno okretanje lica prema njoj. Tijekom obilaska morate se jednom okrenuti, iako osoba koja vas gleda cijelo vrijeme vidi istu stranu vaše glave. Mjesečevo se okretanje teže uočava jer na Zemlji nema orijentira koji bi ga olakšao primijetiti iz noći u noć.
Razdoblje Mjesečeve rotacije od 27,32166 dana nije razdoblje između dvaju punih Mjeseca. Ciklus mijena traje 29,53059 dana jer se, dok Mjesec obilazi Zemlju, sustav Zemlja–Mjesec istodobno kreće oko Sunca. Nakon što dovrši jednu orbitu, Mjesec mora prijeći još malo puta da bi se ponovno našao u istom položaju u odnosu na Sunce i Zemlju. Vodič kroz Mjesečeve mijene objašnjava kako promjene kutova između Sunca, Zemlje i Mjeseca stvaraju mijene koje vidimo.
Kako su plimne sile sinkronizirale Mjesec
Plimna sinkronizacija posljedica je dugotrajnog djelovanja gravitacije na tijelo koje se okreće. Zemljina gravitacija snažnije privlači onu stranu Mjeseca koja joj je bliža nego njegovu daleku stranu. Ta razlika neznatno izdužuje Mjesec i uzrokuje plimnu deformaciju. Dok Mjesečeva rotacija i orbita nisu bile sinkronizirane, deformacija nije bila savršeno poravnata sa smjerom Zemlja–Mjesec. Nastali gravitacijski moment mijenjao je Mjesečevu rotaciju, a unutarnje trenje rasipalo je rotacijsku energiju.
S vremenom su ti učinci usporili Mjesečevu rotaciju sve dok jedna rotacija nije trajala jednako dugo kao jedan obilazak. U tom sinkroniziranom stanju plimna deformacija ostaje gotovo poravnata sa Zemljom, pa ponavljajući moment koji je mijenjao rotaciju postaje mnogo slabiji. Plimna sinkronizacija nije posebna sila koja jednu stranu drži nepomičnom; ona je stabilno stanje koje proizlazi iz rotacije, gravitacije i gubitka energije.
Plimni učinci i dalje su važni u sustavu Zemlja–Mjesec. Mjesec se udaljava od Zemlje oko 3,8 cm godišnje, što je posljedica plimnih interakcija koje prenose kutnu količinu gibanja kroz sustav. To se gibanje ne može uočiti jednim promatranjem, ali povezuje sinkroniziranu Mjesečevu rotaciju s trajnom razmjenom između orbite i rotacije.
Daleka strana nije tamna strana
Daleka strana jednostavno je polutka okrenuta od Zemlje. Dok Mjesec obilazi naš planet, do nje dopire Sunčeva svjetlost, baš kao i do bliže strane. Za punog Mjeseca osvijetljena je bliža strana, dok je daleka strana uglavnom okrenuta od Sunca; za mladog Mjeseca osvijetljena je daleka strana, dok je bliža uglavnom u tami. Ciklus se mijenja kako Mjesec prolazi kroz svoje mijene.
Ipak, postoji važna iznimka: ne izmjenjuju se na svakom mjestu na Mjesecu razdoblja Sunčeve svjetlosti i tame. U blizini polova Sunce se zadržava nisko iznad obzora. Dna nekih dubokih kratera toliko su zaklonjena njihovim rubovima da ih Sunčeva svjetlost nikada ne doseže, pa ondje postoje područja u trajnoj sjeni. Ta su posebna mjesta posljedica lokalnog terena i niskog položaja Sunca, a ne toga što se nalaze na dalekoj strani.
Izraz „tamna strana Mjeseca” stoga može zavarati. Može se neformalno upotrebljavati za daleku stranu, ali ne opisuje polutku do koje Sunčeva svjetlost nikada ne dopire. Da biste vidjeli kako se datumi i vremena mijena mijenjaju tijekom ciklusa, poslužite se kalendarom Mjesečevih mijena po mjesecima.
Neznatno njihanje otkriva veći dio površine
S vremenom sa Zemlje ne vidimo točno polovicu Mjeseca. Mjesečeva je orbita blago eliptična, pa se mijenja njegova orbitalna brzina: brže se kreće kad je najbliže Zemlji, a sporije kad je udaljeniji. Brzina njegove rotacije ostaje gotovo stalna, pa zbog promjene orbitalne brzine izgleda kao da se Mjesec lagano njiše s jedne strane na drugu. To prividno gibanje naziva se libracija po dužini.
Libracija po širini ima drugi uzrok. Mjesečeva je os rotacije nagnuta za 1,54 stupnja u odnosu na ekliptiku, a njegova je orbita nagnuta za 5,14 stupnjeva u odnosu na ekliptiku. Zbog tih kutova promatrači u različitim dijelovima orbite mogu vidjeti malo dalje preko Mjesečeva sjevernog ili južnog pola. Na prikaz donekle utječu i Mjesečeva udaljenost te položaj promatrača na Zemlji.
Libracija ne otkriva cijelu daleku stranu odjednom. S vremenom promatračima omogućuje da zavire iza prividnog ruba. Ukupno se sa Zemlje u nekom trenutku može vidjeti oko 59 posto Mjesečeve površine, premda ni u jednom trenutku nije vidljivo više od otprilike polovice. To postupno otkrivanje razlog je zašto detaljne karte Mjesečeve površine obuhvaćaju područja izvan strane koja se u uobičajenom pogledu doima središnjom.
Što možete zapaziti sa Zemlje
Korisno je pratiti učinak tako da na različite datume usporedite neki prepoznatljiv detalj blizu Mjesečeva ruba. Libracija pomiče prividni rub pa se krater ili tamna ravnica blizu ruba može činiti izloženijom jednog datuma nego drugog. Bez teleskopa ili dalekozora promjena je suptilna, a usporedbu može otežati i promjenjiva orijentacija Mjeseca na nebu. Zapamtite isti detalj i uspoređujte prikaze snimljene tijekom sličnih mijena.
Prikaz ovisi i o tome gdje se nalazite na Zemlji te o vremenu promatranja. Lokalni pregled Mjeseca prikazuje lokalnu mijenu i osvijetljenost, izlazak i zalazak Mjeseca, visinu i azimut, udaljenost te prikaz neba uz lokalnu prognozu. Za planiranje promatranja vodič o najboljem vremenu za promatranje Mjeseca objašnjava kako mijena i lokalni uvjeti utječu na to kada se Mjesec nalazi iznad obzora. Sinkronizirana Mjesečeva rotacija objašnjava zašto nam je njegova poznata strana uvijek okrenuta; libracija strpljivim promatračima pruža promjenjiv pogled malo iza nje.