Vairākas naktis vērojot Mēnesi, šķiet, ka tā pazīstamie raksti paliek savā vietā. Pret Zemi ir pavērsti tie paši plašie tumšo Mēness līdzenumu apgabali, tāpēc var likties, ka Mēness negriežas. Taču tas griežas: katrā apriņķojumā ap Zemi Mēness vienu reizi apgriežas ap savu asi. Šo sinhronizāciju sauc par paisuma sinhronizāciju, un tāpēc mēs redzam gandrīz vienu un to pašu puslodi, nevis pēc kārtas visas Mēness puses.
Pretējā puslode bieži tiek dēvēta par tālāko pusi. Tā nav pastāvīgi tumša. Dažādos Mēness cikla posmos Saules gaisma sasniedz lielāko daļu Mēness virsmas, lai gan daži dziļi polārie krāteri atrodas pastāvīgā ēnā. To, ko varam redzēt, palīdz izskaidrot Mēness orbītas ģeometrija, tā rotācija un neliela šķietamā šūpošanās.
Viena rotācija vienā apriņķojumā
Mēness veic vienu rotāciju attiecībā pret tālām zvaigznēm 27.32166 dienās, un tikpat ilgs laiks — 27.32166 dienas — nepieciešams, lai tas apriņķotu Zemi. Tā kā šie periodi sakrīt, pret mūsu planētu ir pavērsta viena un tā pati Mēness puse. Ja Mēness nemaz negrieztos, tam pārvietojoties pa orbītu, mūsu skatam pavērtos dažādi tā garuma grādi. Taču Mēness kustības laikā vienmērīgi griežas un saglabā sinhronizāciju ar savu orbītu.
To var salīdzināt ar staigāšanu apkārt cilvēkam, visu laiku turot seju pret viņu. Jums jāapgriežas vienu reizi, lai veiktu pilnu apli, lai gan cilvēks, uz kuru skatāties, visu laiku redz vienu un to pašu jūsu galvas pusi. Mēness griešanos ir grūtāk pamanīt, jo uz Zemes nav tāda orientiera, kas ļautu viegli novērot tā rotāciju no vienas nakts uz nākamo.
Rotācijas periods, kas ilgst 27.32166 dienas, nav laiks no viena pilnmēness līdz nākamajam. Fāžu cikls ilgst 29.53059 dienas, jo, Mēnesim apriņķojot Zemi, Zemes un Mēness sistēma vienlaikus pārvietojas arī ap Sauli. Pēc viena apriņķojuma Mēnesim jāveic vēl neliels ceļa posms, lai atkal ieņemtu to pašu stāvokli attiecībā pret Sauli un Zemi. Ceļvedī par Mēness fāzēm skaidrots, kā šie mainīgie Saules, Zemes un Mēness savstarpējie leņķi rada novērojamās fāzes.
Kā paisuma spēki sinhronizēja Mēnesi
Paisuma sinhronizācija rodas, gravitācijai ilgstoši iedarbojoties uz rotējošu ķermeni. Zemes gravitācija Mēness Zemei tuvāko pusi pievelk spēcīgāk nekā tālāko pusi. Šī atšķirība mazliet izstiepj Mēnesi, radot paisuma deformāciju. Kad Mēness rotācija un orbīta vēl nebija sinhronizētas, deformācija nebija precīzi vienā līnijā ar Zemes un Mēness virzienu. Tādēļ radās gravitācijas griezes moments, kas mainīja Mēness rotāciju, bet iekšējā berze izkliedēja rotācijas enerģiju.
Laika gaitā šie procesi palēnināja Mēness rotāciju, līdz viena apgrieziena ilgums kļuva vienāds ar viena apriņķojuma ilgumu. Šajā sinhronizētajā stāvoklī paisuma deformācija paliek gandrīz vienā līnijā ar Zemi, tāpēc atkārtotais griezes moments, kas mainīja rotāciju, kļūst daudz mazāks. Paisuma sinhronizācija nav īpašs spēks, kas notur vienu pusi nekustīgu; tas ir stabils rotācijas, gravitācijas un enerģijas zuduma rezultāts.
Paisuma ietekme joprojām ir svarīga Zemes un Mēness sistēmā. Mēness attālinās no Zemes par aptuveni 3.8 cm gadā. To izraisa paisuma mijiedarbība, kas pārnes leņķisko momentu sistēmas ietvaros. Šo kustību nav iespējams saskatīt vienā novērojumā, taču tā saista Mēness sinhronizēto rotāciju ar nepārtrauktu apmaiņu starp orbītas un rotācijas kustību.
Mēness tālākā puse nav tumšā puse
Tālākā puse ir vienkārši tā Mēness puslode, kas vērsta prom no Zemes. Mēnesim apriņķojot mūsu planētu, tā saņem Saules gaismu tāpat kā tuvākā puse. Pilnmēness laikā apgaismota ir tuvākā puse, bet tālākā puse lielākoties ir pavērsta prom no Saules; jaunmēness laikā apgaismota ir tālākā puse, bet tuvākā lielākoties atrodas tumsā. Mēnesim pārvietojoties cauri fāzēm, šis cikls atkārtojas pretējā secībā.
Tomēr jāņem vērā viena būtiska nianse: ne visās Mēness vietās mijas Saules gaisma un tumsa. Polu tuvumā Saule atrodas zemu virs horizonta. Dažu dziļu krāteru dibeni ir tik labi pasargāti ar krātera malām, ka Saules gaisma tos nekad nesasniedz, un tajos veidojas pastāvīgi ēnaini apgabali. Šīs īpašās vietas nosaka vietējais reljefs un nelielais Saules augstums virs horizonta, nevis atrašanās Mēness tālākajā pusē.
Tāpēc apzīmējums “Mēness tumšā puse” var būt maldinošs. Sarunvalodā to mēdz lietot, domājot tālāko pusi, taču tas nenozīmē, ka šī puslode nekad nesaņem Saules gaismu. Lai uzzinātu, kā cikla gaitā mainās fāžu datumi un laiki, izmantojiet Mēness fāžu kalendāru pa mēnešiem.
Neliela šūpošanās atklāj vairāk virsmas
Laika gaitā no Zemes nav redzama tieši puse Mēness. Mēness orbīta ir nedaudz eliptiska, tāpēc mainās tā orbitālais ātrums: vistuvāk Zemei tas kustas ātrāk, bet tālāk no tās — lēnāk. Tā rotācijas ātrums paliek gandrīz nemainīgs, tādēļ orbitālā ātruma maiņa liek Mēnesim šķietami mazliet šūpoties no vienas puses uz otru. Šo šķietamo kustību sauc par garuma librāciju.
Platuma librācijai ir cits cēlonis. Mēness rotācijas ass ir noliekta par 1.54 grādiem pret ekliptiku, bet tā orbīta ir slīpa pret ekliptiku par 5.14 grādiem. Šie leņķi kopā ļauj dažādos orbītas punktos novērotājiem ieraudzīt mazliet tālāk pāri Mēness ziemeļpolam vai dienvidpolam. Skatu nedaudz ietekmē arī Mēness attālums un novērotāja atrašanās vieta uz Zemes.
Librācija neatklāj visu Mēness tālāko pusi uzreiz. Tā laika gaitā ļauj palūkoties pāri šķietamajai malai. Kopumā no Zemes kādā brīdī var redzēt aptuveni 59 procentus Mēness virsmas, lai gan vienā mirklī redzama ne vairāk kā aptuveni puse. Šī lēnā atklāšanās ir iemesls, kāpēc detalizētās Mēness virsmas kartes aptver plašāku apgabalu nekā tā puse, kas parastā skatā šķiet centrēta.
Kam pievērst uzmanību, vērojot no Zemes
Lai novērotu šo efektu, dažādos datumos salīdziniet kādu atpazīstamu objektu Mēness malas tuvumā. Librācijas dēļ mainās šķietamā Mēness mala, tāpēc krāteris vai tumšs līdzenums pie tās vienā datumā var būt redzams plašāk nekā citā. Bez teleskopa vai binokļa šīs izmaiņas ir grūti pamanīt, un salīdzināšanu var apgrūtināt arī Mēness mainīgais novietojums debesīs. Paturiet prātā vienu un to pašu objektu un salīdziniet attēlus, kas uzņemti līdzīgās fāzēs.
Skats ir atkarīgs ne tikai no tā, kad skatāties, bet arī no tā, kur uz Zemes atrodaties. Pilsētas Mēness informācijas panelī pieejama informācija par vietējo fāzi un apgaismojumu, Mēness lēktu un rietu, augstumu virs horizonta un azimutu, attālumu, kā arī debesu skatu un vietējiem laikapstākļiem. Plānojot novērojumus, ceļvedī par labāko laiku Mēness vērošanai aplūkots, kā fāze un vietējie apstākļi ietekmē to, kad Mēness atrodas virs horizonta. Mēness sinhronizētā rotācija izskaidro, kāpēc tā pazīstamā puse vienmēr ir pavērsta pret mums, bet librācija pacietīgiem novērotājiem ļauj palūkoties mazliet tālāk par to.