Вращение Луны вокруг своей оси¶

Вращение Луны вокруг своей оси — это физический факт, подтверждённый наблюдениями и измерениями: Луна совершает одно полное вращение вокруг своей оси примерно за то же время, за которое она обращается вокруг Земли. В результате на Земле всегда видна одна и та же сторона Луны, что породило распространённое заблуждение, будто Луна не вращается вовсе. На деле Луна вращается, но её вращение синхронизировано с орбитальным обращением — это явление называется синхронным вращением, или взаимной синхронизацией.

¶Причины синхронного вращения

Синхронное вращение Луны — не случайность, а закономерное следствие гравитационного взаимодействия с Землёй. В прошлом Луна вращалась вокруг своей оси быстрее, чем обращалась вокруг Земли. Приливные силы, создаваемые Землёй, постепенно замедляли её вращение. Механизм состоит в следующем: приливные «бугры» на Луне, вызванные земным притяжением, не совпадали точно с линией, соединяющей центры Земли и Луны, а немного опережали её из-за инерции вращения. Гравитация Земли стремилась вернуть этот бугр в положение на линии центров, создавая тормозящий момент. Этот момент миллиарды лет замедлял вращение Луны, пока оно не упало до значения, равного орбитальному периоду обращения вокруг Земли.

После достижения синхронизации тормозящий момент исчез — приливной бугр оказался точно на линии центров Земли и Луны, и дальнейшего замедления не происходит. Сейчас Луна вращается вокруг оси ровно один раз за сидерический месяц (около 27,3 суток) и обращается вокруг Земли за тот же период.

¶Доказательства вращения

Если бы Луна не вращалась вовсе, наблюдатель с Земли видел бы её поверхность, повёрнутую к нам одной и той же стороной, но с заметным «разворотом» по мере того, как Луна двигалась бы по орбите. Вместо этого мы видим одни и те же кратеры и моря в одном и том же положении — это и есть прямое следствие синхронного вращения.

Однако вращение Луны можно доказать косвенно. В 1878 году американский астроном Уильям Пикеринг отметил, что при наблюдении за краем лунного диска в разные моменты орбиты видны одни и те же детали рельефа, но их проекция меняется. Это объясняется либрациями — колебаниями видимого положения Луны, позволяющими увидеть около 59 % поверхности.

¶Либрации Луны

Либрация — это кажущееся «качание» Луны, из-за которого с Земли видна не ровно половина, а около 59 % лунной поверхности. Различают несколько видов либраций:

• По долготе — возникает из-за того, что орбита Луны не круговая, а эллиптическая. По законам Кеплера Луна движется по орбите с переменной скоростью: в перигее быстрее, в апогее медленнее, тогда как вращение вокруг оси равномерно. Из-за этого с Земли видно чуть больше восточного или западного края диска.
• По широте — обусловлена наклоном лунной орбиты к экватору Луны (около 6,7°). Луна не всегда повёрнута к Земле экватором строго поперёк линии взгляда, поэтому видны северные или южные области поверхности.
• Физическая либрация — небольшие колебания самого тела Луны вокруг оси синхронного вращения, вызванные неравномерностью распределения массы и возмущениями от Солнца.

Суммарный эффект либраций позволяет астрономам наблюдать около 41 % поверхности, недоступной при строгой синхронизации.

¶Следствия и современное состояние

Синхронное вращение Луны имеет ряд важных следствий. Во-первых, одна сторона Луны («дальняя») никогда не видна с Земли и была впервые сфотографирована только в 1959 году советским аппаратом «Луна-3». Во-вторых, приливное взаимодействие продолжает медленно удалять Луну от Земли — примерно на 3,8 см в год, а земные приливы, в свою очередь, замедляют вращение Земли.

Синхронное вращение — распространённое явление в Солнечной системе. Так вращаются многие спутники Юпитера, Сатурна, а также крупнейший спутник Плутона Харон. У Марса оба спутника — Фобос и Деймос — также вращаются синхронно.

Стоит отметить, что синхронность Луны не идеальна: из-за возмущений от Солнца и неравномерного распределения массы Луны (так называемые масс-концентрации, или масконы) её вращение слегка колеблется вокруг среднего значения. Эти отклонения составляют доли градуса и были измерены с помощью лазерных отражателей, установленных на поверхности Луны астронавтами «Аполлонов» и советскими аппаратами «Луноход-1» и «Луноход-2».

¶История вопроса

Долгое время считалось, что Луна не вращается вокруг оси вовсе. Ещё в XVII веке Галилей отмечал, что поверхность Луны всегда обращена к Земле одним и тем же образом, но не смог объяснить это явление. Иоганн Кеплер предполагал, что Луна может вращаться синхронно. Полное теоретическое объяснение синхронного вращения было дано в XIX веке в работах по приливной теории, развивавшейся в том числе русскими учёными — А. И. Кирхгофом, М. В. Оствальдом и другими.