Zemljina Luna je po širini približno četrtina Zemlje. To se morda ne zdi nič posebnega, dokler ne primerjamo drugih planetov z njihovimi sateliti: celo velikanske lune Jupitra in Saturna predstavljajo le majhen delež premera svojih planetov. Med osmimi planeti ima Zemlja največjo luno glede na velikost svojega planeta.
To posebnost je treba dopolniti z dvema pojasniloma. Naša Luna ni največji satelit po absolutni velikosti, par Zemlja–Luna pa tudi ni najbolj izenačen, če upoštevamo pritlikave planete. Plutonov spremljevalec Haron je sorazmerno precej večji. Zanimivo vprašanje torej ni zgolj »Kako velika je Luna?«, temveč »Velika v primerjavi s čim?«
Razmerje nam omogoča koristno primerjavo. Pomaga tudi ločiti tri pojme, ki jih pogosto mešamo: fizično velikost, gravitacijski pomen in navidezno velikost na nebu. Interaktivni zemljevid Osončja prikazuje trenutne položaje planetov; spodnje primerjave pa pojasnjujejo drug vidik tega sistema – kako izrazit je razkorak v velikosti med planeti in njihovimi lunami.
Luna meri več kot četrtino Zemljine širine
Polmer Lune znaša 1,737.4 km. Če uporabimo srednji Zemljin polmer, ki znaša približno 6,371 km, in polmer Lune delimo z njim, dobimo približno 0.273. Z drugimi besedami, Luna meri približno 27.3% premera Zemlje. Enako razmerje velja za polmer in premer, saj se delež ne spremeni, če obe meri podvojimo.
Predstavljajmo si Zemljo kot kroglo s premerom 30 cm. V tem merilu bi Luna merila približno 8.2 cm v premeru: bolj kot majhnemu biseru bi bila podobna veliki pomaranči. To je presenetljivo velik spremljevalec. Toda model razkrije tudi pogosto past v ilustracijah. Pri povprečni razdalji med Zemljo in Luno, ki znaša 384,400 km, bi bili središči obeh krogel oddaljeni približno 9.1 metra. Slika, na kateri sta skoraj skupaj, lahko ohranja njuno medsebojno razmerje velikosti, hkrati pa močno skrajša prazen prostor med njima.
Premer je le eden od načinov merjenja tega para. Masa Lune znaša približno eno enainosemdesetino Zemljine mase oziroma okoli 1.2%, ne pa 27.3%. Prostornina narašča s kubom premera: telo, ki je široko 0.273-krat toliko, ima ob enaki obliki le približno 0.020-krat tolikšno prostornino. To je okoli 2%.
Preostalo razliko pojasnjuje gostota. Luna je v povprečju manj gosta od Zemlje, katere veliko, z železom bogato jedro znatno prispeva k njeni masi. Luna je torej lahko v primerjavi s svojim planetom videti izjemno velika, ne da bi bila po gravitacijskem vplivu blizu enakovrednemu partnerju. Pri razpravi o tem, ali sta Zemlja in Luna podobni dvojnemu planetu, je bistveno, da ne zamenjujemo premera in mase.
Večje lune so lahko manjši spremljevalci
Jupitrova luna Ganimed je največja luna v Osončju, njen premer pa znaša približno 5,268 km. Sledi Saturnov Titan s premerom približno 5,149 km. Oba sta širša od Merkurja in precej širša od naše Lune, katere premer znaša 3,474.8 km. Vendar zaradi nobenega od njiju njun planet ni videti majhen.
Če uporabimo srednja premera, je Ganimed širok le približno 3.8% Jupitra. Titan meri približno 4.4% premera Saturna. Zemljino razmerje 27.3% je torej več kot šestkrat večje od obeh. To ne pomeni, da je naša Luna šestkrat večja; pomeni, da je njena sorazmerna velikost glede na njen planet več kot šestkrat večja.
Neptun ponuja še eno koristno primerjavo. Njegova največja luna, Triton, meri približno 5.5% Neptunovega premera. To je večji delež kot pri Ganimedu ali Titanu, a še vedno precej manjši od razmerja Zemlja–Luna. Mars je na nasprotnem koncu: njegovi dve majhni nepravilni luni sta v primerjavi s planetom neznatni.
Te primerjave pojasnjujejo, zakaj razvrstitev lun po premeru ne odgovori na vprašanje, kateri planetni sistem ima najizrazitejšega spremljevalca. Naša Luna je po fizični velikosti peta največja luna v Osončju, glede na svoj planet pa je na prvem mestu med osmimi planeti. Za širši pregled satelitov glejte vodnik po lunah Osončja; tu je pomembna razlika med absolutno razvrstitvijo in razmerjem.
Ali sta Zemlja in Luna zaradi tega dvojni planet?
»Dvojni planet« je privlačen opis, vendar zanj ni splošno sprejete formalne definicije. Po enem od predlaganih meril se upošteva lega skupnega masnega središča obeh teles. Obe telesi krožita okoli te točke, imenovane baricenter; manjše telo ne kroži okoli povsem nepremičnega večjega telesa.
Pri Zemlji in Luni je baricenter znotraj Zemlje. Njegovo lego lahko ocenimo z razmerjem mas. Če je Zemlja približno 81-krat masivnejša od Lune, je baricenter od središča Zemlje oddaljen približno eno dvainosemdesetino razdalje med središčema. Pri povprečni razdalji 384,400 km to znaša približno 4,700 km. To je manj od Zemljinega polmera, ki znaša približno 6,371 km, zato je ta točka po poenostavljenem izračunu približno 1,700 km pod površjem.
Zdaj primerjajmo Pluton in Haron. Haron je približno za polovico širok kot Pluton in ima približno eno osmino njegove mase. Njuno baricenter leži zunaj Plutona, zato sta precej bolj prepričljiv primer dvojnega sistema. Pluton je razvrščen kot pritlikavi planet, zato to ne spremeni posebnega položaja Zemlje med osmimi planeti.
Merilo baricentra je uporabno, ni pa popolno pravilo za razvrščanje. Njegova lega je odvisna tako od razdalje kot od mase: če isti telesi postavimo dlje narazen, se baricenter oddalji od središča vsakega od njiju. To, da je točka zunaj večjega telesa, samo po sebi torej še ne pomeni, da je par po splošno sprejetih merilih »dvojni planet«. Zemlja in Luna po običajnem razumevanju ostajata planet in njegov naravni satelit, čeprav ima Luna glede na Zemljo nenavadno velik premer.
Namig o nastanku Lune
Velikost Lune je ena od več značilnosti, ki jih mora pojasniti teorija o njenem nastanku. Vodilna razlaga je velikanski trk: v zgodnji zgodovini Zemlje je silovit trk izvrgel snov v orbito, iz krožečih ostankov pa se je oblikovala Luna. Širša slika je dobro podprta, natančne okoliščine trka in poznejši razvoj pa so še vedno predmet raziskav.
Sama velikost te zgodbe ne dokazuje. Znanstveniki upoštevajo tudi vrtilno količino sistema, razmeroma majhno kovinsko jedro Lune ter kemijske in izotopske podobnosti med snovjo na Zemlji in Luni. Uspešna razlaga mora hkrati pojasniti vsa ta opažanja, ne pa zgolj ustvariti velikega satelita v simulaciji.
To se razlikuje od splošne razlage nastanka velikih pravilnih lun plinastih velikanov: te naj bi nastale v diskih plina in trdnih delcev okoli planetov, ki so se še oblikovali. Različna okolja nastanka lahko povzročijo različna razmerja med planetom in njegovimi spremljevalci. Nobenega razloga ni, da bi moral biti vsak planetni sistem pomanjšana kopija drugega.
Nastanek in poznejši razvoj je treba obravnavati ločeno. Plimske interakcije so skozi čas spreminjale sistem Zemlja–Luna, Luna pa se od Zemlje oddaljuje za približno 3.8 cm na leto. To spreminja njuno medsebojno razdaljo, ne pa razmerja njunih premerov. Iste interakcije pomagajo pojasniti njuno sinhronizirano kroženje in vrtenje, o čemer govori članek zakaj vedno vidimo isto stran Lune.
Zakaj je velik spremljevalec na nebu še vedno videti majhen
Velikost Lune glede na Zemljo ni enaka njeni navidezni velikosti za opazovalca na Zemlji. Za njen videz je pomembno razmerje med premerom Lune in njeno oddaljenostjo od vas. Če njen premer 3,474.8 km delimo s povprečno razdaljo med središčema Zemlje in Lune, ki znaša 384,400 km, dobimo kotni premer približno 0.52 stopinje. To je uporabna približna ocena, ne pa natančna napoved za določeno opazovalno lokacijo.
Zato lahko spremljevalec, ki meri več kot četrtino Zemljine širine, na nebu zavzema le majhen košček prostora. Razdalja med telesoma je ogromna v primerjavi s premerom vsakega od njiju. Če bi bila Luna dlje, bi bila videti manjša, ne da bi se fizično zmanjšala ali izgubila svoje nenavadno veliko razmerje velikosti Lune in Zemlje.
To razlikovanje je uporabno pri primerjavi fotografij Lune. Posnetki z različnimi goriščnimi razdaljami, izrezi ali postavitvami predmetov v ospredju ne morejo dokazati, da se je fizična velikost Lune spremenila. Za smiselno primerjavo navideznega premera je treba ohraniti enako merilo slike. Lunini prikazi za mesta poleg faze in osvetljenosti prikazujejo razdaljo, višino in azimut ter tako ponujajo koristen kontekst za beleženje opazovanja. Uporabite enako nastavitev fotoaparata in zabeležite razdaljo; tako boste lahko raziskovali spreminjanje navidezne velikosti Lune, ne da bi ga zamenjali z veliko bolj temeljnim vprašanjem, kako velika je naša Luna v primerjavi z Zemljo.