Pažvelgus į Mėnulį kelias naktis iš eilės, atrodo, kad jo gerai pažįstami ženklai lieka toje pačioje vietoje. Į Žemę atsuktame Mėnulio diske matyti tie patys dideli tamsių lygumų plotai, todėl gali pasirodyti, kad Mėnulis nesisuka. Tačiau jis sukasi: per kiekvieną apskriejimą aplink Žemę Mėnulis vieną kartą apsisuka apie savo ašį. Ši sinchronizacija, vadinama potvyniniu sinchronizavimu, paaiškina, kodėl matome beveik tą patį pusrutulį, o ne paeiliui visas puses.
Priešingas pusrutulis dažnai vadinamas tolimąja puse. Ji nėra nuolat tamsi. Įvairiais Mėnulio ciklo etapais Saulės šviesa pasiekia didžiąją Mėnulio paviršiaus dalį, nors kai kurie gilūs poliariniai krateriai yra nuolatiniame šešėlyje. Tai, ką galime matyti, padeda paaiškinti Mėnulio orbitos geometrija, sukimasis ir nedidelis regimasis svyravimas.
Vienas apsisukimas per vieną orbitą
Mėnulis vieną kartą apsisuka apie savo ašį tolimų žvaigždžių atžvilgiu per 27.32166 dienos, o vieną kartą apskrieja Žemę taip pat per 27.32166 dienos. Kadangi šie periodai sutampa, į mūsų planetą visą laiką atsukta iš esmės ta pati Mėnulio pusė. Jei Mėnulis visai nesisuktų, jam judant orbita į regėjimo lauką patektų vis kitos ilgumos. Tačiau jis nuolat sukasi keliaudamas aplink Žemę ir taip išlaiko tą patį tempą kaip jo orbita.
Įsivaizduokite, kad apeinate žmogų visą laiką atsisukę į jį veidu. Per ratą turite apsisukti vieną kartą, nors į jus žiūrintis žmogus visą laiką mato tą pačią jūsų galvos pusę. Mėnulio sukimąsi pastebėti sunkiau, nes Žemėje nėra tokio orientyro, kuris padėtų jį lengvai įžvelgti iš vienos nakties į kitą.
27.32166 dienos trunkantis sukimosi periodas nėra laikas nuo vienos pilnaties iki kitos. Fazės ciklas trunka 29.53059 dienos, nes Mėnuliui skriejant aplink Žemę Žemės ir Mėnulio sistema taip pat juda aplink Saulę. Baigęs vieną orbitą, Mėnulis turi nukeliauti dar šiek tiek, kad vėl atsidurtų toje pačioje padėtyje Saulės ir Žemės atžvilgiu. Mėnulio fazių vadove paaiškinama, kaip dėl kintančių Saulės, Žemės ir Mėnulio tarpusavio kampų susidaro matomos fazės.
Kaip potvyninės jėgos sinchronizavo Mėnulį
Potvyninis sinchronizavimas yra ilgainiui besisukantį kūną veikiančios gravitacijos padarinys. Žemės gravitacija stipriau traukia į Žemę atsuktą Mėnulio pusę nei tolimąją. Dėl šio skirtumo Mėnulis šiek tiek išsitempia ir deformuojasi. Kai Mėnulio sukimasis ir orbita dar nebuvo sinchronizuoti, deformacija nebuvo tiksliai išsidėsčiusi Žemės ir Mėnulio kryptimi. Dėl susidariusio gravitacinio sukimo momento keitėsi Mėnulio sukimasis, o vidinė trintis išsklaidė sukimosi energiją.
Ilgainiui dėl šių poveikių Mėnulio sukimasis sulėtėjo, kol vienam apsisukimui prireikė tiek pat laiko, kiek vienai orbitai. Esant tokiai sinchronizuotai būsenai, potvyninė deformacija išlieka beveik vienoje linijoje su Žeme, todėl pasikartojantis sukimo momentas, keitęs sukimąsi, tampa daug mažesnis. Potvyninis sinchronizavimas nėra ypatinga jėga, laikanti vieną pusę nejudančią; tai stabili sukimosi, gravitacijos ir energijos nuostolių pasekmė.
Potvyniniai reiškiniai Žemės ir Mėnulio sistemoje vis dar svarbūs. Mėnulis tolsta nuo Žemės maždaug 3.8 cm per metus – tai potvyninių sąveikų, per kurias sistemoje perduodamas kampinis momentas, pasekmė. Šio judėjimo neįmanoma pastebėti vienu stebėjimu, tačiau jis sieja sinchronizuotą Mėnulio sukimąsi su nuolatine orbitos ir sukimosi sąveika.
Tolimoji pusė nėra tamsioji pusė
Tolimoji pusė – tai tiesiog į Žemę neatsuktas pusrutulis. Mėnuliui skriejant aplink mūsų planetą, ji gauna Saulės šviesos, kaip ir artimoji pusė. Per pilnatį apšviesta artimoji pusė, o tolimoji daugiausia būna nusisukusi nuo Saulės; per jaunatį apšviesta tolimoji pusė, o artimoji daugiausia skendi tamsoje. Mėnuliui keliaujant per fazes, šis ciklas apsiverčia.
Tačiau yra svarbi išlyga: ne visose Mėnulio vietose pakaitomis būna šviesu ir tamsu. Prie ašigalių Saulė laikosi žemai virš horizonto. Kai kurių gilių kraterių dugnus nuo Saulės šviesos taip gerai saugo jų pakraščiai, kad jos ten niekada nepasiekia, todėl susidaro nuolat šešėlyje esančios sritys. Šios išskirtinės vietos susidaro dėl vietinio reljefo ir mažo Saulės aukščio, o ne dėl to, kad jos yra tolimojoje pusėje.
Taigi posakis „tamsioji Mėnulio pusė“ gali klaidinti. Jis gali būti neformaliai vartojamas tolimajai pusei pavadinti, tačiau nereiškia pusrutulio, kurio niekada nepasiekia Saulės šviesa. Norėdami sužinoti, kaip per ciklą keičiasi fazių datos ir laikas, naudokitės Mėnulio fazių kalendoriumi pagal mėnesius.
Nedidelis svyravimas atskleidžia daugiau paviršiaus
Laikui bėgant Žemė nemato tiksliai pusės Mėnulio. Mėnulio orbita yra šiek tiek elipsinė, todėl kinta jo orbitinis greitis: arčiausiai Žemės Mėnulis juda greičiau, o toliau – lėčiau. Jo sukimosi greitis išlieka beveik pastovus, todėl kintant orbitiniam greičiui Mėnulis atrodo šiek tiek svyruojantis į šonus. Šis regimasis judėjimas vadinamas ilgumos libracija.
Platuminę libraciją lemia kitas veiksnys. Mėnulio sukimosi ašis į ekliptiką pasvirusi 1.54 laipsnio, o jo orbita į ekliptiką – 5.14 laipsnio. Dėl šių kampų, Mėnuliui judant orbita, stebėtojai iš skirtingų padėčių gali pamatyti šiek tiek daugiau virš šiaurinio arba pietinio Mėnulio ašigalio. Regimą vaizdą truputį veikia ir Mėnulio atstumas bei stebėtojo vieta Žemėje.
Libracija neleidžia vienu metu pamatyti visos tolimosios pusės. Ji suteikia galimybę laikui bėgant žvilgtelėti už regimojo krašto. Iš viso iš Žemės tam tikru metu galima pamatyti apie 59 procentus Mėnulio paviršiaus, nors vienu akimirksniu matoma ne daugiau kaip maždaug pusė. Dėl šio lėto atsivėrimo išsamūs Mėnulio paviršiaus žemėlapiai aprėpia ir tas sritis, kurios per įprastą stebėjimą nėra disko centre.
Į ką atkreipti dėmesį stebint iš Žemės
Šį reiškinį patogu stebėti skirtingomis dienomis lyginant lengvai atpažįstamą Mėnulio pakraščio objektą. Dėl libracijos pasislenka regimasis Mėnulio kraštas, todėl arti jo esantis krateris ar tamsi lyguma vieną dieną gali atrodyti labiau atsivėrę nei kitą. Be teleskopo ar žiūronų šį pokytį įžvelgti sunku, be to, palyginti vaizdus gali trukdyti kintanti Mėnulio padėtis danguje. Įsidėmėkite tą patį objektą ir lyginkite vaizdus, padarytus esant panašioms fazėms.
Matomas vaizdas priklauso ne tik nuo to, kada stebite, bet ir nuo to, kurioje Žemės vietoje esate. Miesto Mėnulio skydelyje pateikiama informacija apie vietinę fazę ir apšviestumą, Mėnulio patekėjimą ir nusileidimą, aukštį virš horizonto ir azimutą, atstumą bei dangaus vaizdą pagal vietos orus. Planuojant stebėjimą, vadove, kada geriausia stebėti Mėnulį, aptariama, kaip fazė ir vietos sąlygos lemia, kada Mėnulis yra virš horizonto. Sinchronizuotas Mėnulio sukimasis paaiškina, kodėl jo gerai pažįstama pusė visada atsukta į mus, o libracija kantriems stebėtojams leidžia vis kitaip pažvelgti šiek tiek už jos.