Titta på månen under flera kvällar, så verkar dess välbekanta markeringar ligga kvar på samma plats. Samma stora områden av mörka månslätter är vända mot jorden, vilket kan få det att verka som om månen inte roterar. Men det gör den: månen roterar ett varv kring sin axel för varje varv den kretsar runt jorden. Den här synkroniseringen, som kallas tidvattenlåsning, är anledningen till att vi ser nästan samma halvklot i stället för att se alla sidor efter hand.
Det motsatta halvklotet kallas ofta månens baksida. Den är inte ständigt mörk. Solljus når större delen av månens yta vid olika tidpunkter under måncykeln, även om vissa djupa polkratrar ligger i permanent skugga. Månens banas geometri, dess rotation och en liten skenbar gungning bidrar alla till att förklara vad vi kan se.
Ett varv runt axeln per omlopp
Månen behöver 27,32166 dagar för att fullborda ett rotationsvarv i förhållande till avlägsna stjärnor, och 27,32166 dagar för att fullborda ett varv runt jorden. Eftersom perioderna är lika förblir ungefär samma sida vänd mot vår planet. Om månen inte roterade alls skulle dess ändrade position längs banan göra att olika longituder blev synliga. I stället roterar den jämnt medan den rör sig framåt och håller jämna steg med sin bana.
En välbekant jämförelse är att gå runt en person med ansiktet vänt mot personen hela tiden. Du måste vända dig ett varv under promenaden, även om personen som tittar på dig hela tiden ser samma sida av ditt huvud. Månens rotation är mindre uppenbar eftersom det inte finns något landmärke på jorden som gör den lätt att upptäcka från en kväll till nästa.
Rotationsperioden på 27,32166 dagar är inte tiden mellan två fullmånar. Den här fascykeln tar 29,53059 dagar eftersom jorden-måne-systemet också rör sig runt solen medan månen kretsar kring jorden. Efter ett fullbordat varv måste månen färdas en bit till för att åter hamna i samma läge i förhållande till solen och jorden. Guiden till månens faser förklarar hur de förändrade vinklarna mellan solen, jorden och månen ger upphov till de faser vi ser.
Hur tidvattenkrafter synkroniserade månen
Tidvattenlåsning är resultatet av att gravitationen påverkar en roterande kropp över tid. Jordens gravitation drar starkare i den sida av månen som är närmast jorden än i dess bortre sida. Skillnaden tänjer ut månen en aning och skapar en tidvattendeformation. När månens rotation och bana inte var synkroniserade låg deformationen inte helt i linje med riktningen mellan jorden och månen. Det resulterande gravitationella vridmomentet förändrade månens rotation, samtidigt som inre friktion ledde till att rotationsenergi försvann.
Med tiden bromsade dessa effekter månens rotation tills ett varv kring axeln tog lika lång tid som ett varv runt jorden. I detta synkroniserade tillstånd förblir tidvattendeformationen nästan i linje med jorden, så det återkommande vridmoment som förändrade rotationen blir mycket mindre. Tidvattenlåsning är inte en särskild kraft som håller en sida stilla, utan ett stabilt resultat av rotation, gravitation och energiförlust.
Tidvatteneffekter spelar fortfarande roll i jorden-måne-systemet. Månen avlägsnar sig från jorden med cirka 3,8 cm per år, en följd av tidvattenväxelverkan som överför rörelsemängdsmoment genom systemet. Den exakta rörelsen går inte att se vid en enstaka observation, men den knyter månens bundna rotation till ett fortgående utbyte mellan bana och rotation.
Månens baksida är inte en mörk sida
Månens baksida är helt enkelt det halvklot som är vänt bort från jorden. Den får solljus, precis som framsidan, medan månen kretsar runt vår planet. Vid fullmåne är framsidan upplyst och baksidan är till största delen vänd bort från solen. Vid nymåne är baksidan upplyst medan framsidan till största delen ligger i mörker. Cykeln vänder sedan när månen rör sig genom sina faser.
Det finns en viktig reservation: alla platser på månen växlar inte mellan solljus och mörker. Nära polerna står solen lågt över horisonten. Vissa djupa kraterbottnar är så skyddade av sina kanter att solljuset aldrig når dem, vilket skapar permanent skuggade områden. Dessa undantagsplatser beror på den lokala terrängen och den låga solhöjden, inte på att de ligger på månens baksida.
Uttrycket ”månens mörka sida” kan därför vara missvisande. Det används ibland informellt om baksidan, men beskriver inte ett halvklot som aldrig får solljus. Se månfasernas kalender månad för månad för att följa hur datum och tider för faserna förändras under cykeln.
En liten gungning avslöjar mer av ytan
Sett över tid ser vi inte exakt halva månen från jorden. Månens bana är något elliptisk, så dess omloppshastighet förändras: den rör sig snabbare när den är som närmast jorden och långsammare längre bort. Rotationshastigheten är nästan konstant, så den förändrade omloppshastigheten får månen att se ut att gunga lite från sida till sida. Denna skenbara rörelse kallas libration i longitud.
Libration i latitud har en annan orsak. Månens rotationsaxel lutar 1,54 grader mot ekliptikan, och dess bana lutar 5,14 grader mot ekliptikan. Tillsammans gör vinklarna att observatörer vid olika punkter i omloppet kan se lite längre över månens nord- eller sydpol. Månens avstånd och observatörens position på jorden påverkar också vyn något.
Libration gör inte hela baksidan synlig på en gång. Den låter observatörer kasta en blick runt den skenbara kanten med tiden. Totalt kan ungefär 59 procent av månens yta ses från jorden någon gång, även om högst ungefär hälften är synlig vid ett och samma tillfälle. Den långsamma friläggningen är anledningen till att detaljerade kartor över månens yta sträcker sig bortom den sida som tycks vara centrerad i en vanlig vy.
Vad du kan lägga märke till från jorden
Ett bra sätt att följa effekten är att jämföra ett igenkännbart objekt nära månens kant vid olika datum. Libration förskjuter den skenbara randen, så en krater eller mörk slätt nära kanten kan se mer frilagd ut ett datum än ett annat. Förändringen är subtil utan teleskop eller kikare, och månens ändrade orientering på himlen kan också göra jämförelser svåra. Håll samma objekt i åtanke och jämför vyer från liknande faser.
Vyn beror både på när du tittar och var på jorden du befinner dig. En måndashboard för din stad visar lokal fas och belysning, månuppgång och månens nedgång, höjd och azimut, avstånd samt himmelsvyn med lokalt väder. För planering beskriver guiden till den bästa tiden att se månen hur fasen och de lokala förhållandena påverkar när månen befinner sig ovanför horisonten. Månens synkroniserade rotation förklarar varför dess välbekanta sida alltid är vänd mot oss; libration ger tålmodiga observatörer en föränderlig glimt precis bortom den.