Почему Луна всегда повёрнута к Земле одной стороной

Это довольно популярный вопрос, на который многие не знают ответа. Некоторые даже видят в этом какие-то происки инопланетян и строят очередные теории заговора. Но ответ прост – Луна всегда повёрнута к Земле одной стороной, потому что находится в приливном захвате.

Что это означает и как так произошло, давайте попробуем разобраться без математических формул, хотя это вполне укладывается в школьный курс.

Как Луна оказалась повёрнутой к Земле одной стороной

Луна на самом деле вращается вокруг своей оси, но полный её оборот занимает столько же времени, сколько и оборот по орбите, поэтому мы всегда видим только одну её сторону. Мало того, это явление наблюдается и у многих других спутников других планет, особенно крупных – Юпитера и Сатурна. Там происходит то же самое, что и у нас с Луной.

Как вы знаете, Луна – довольно массивное и большое тело, имеющее в поперечнике 3474 километра. Она оказывает гравитационное влияние на Землю, вызывая приливы и отливы. При обороте Луны по орбите по водной поверхности Земли движется выпуклость, которая на побережье и вызывает прилив. Она огибает Землю вместе с Луной и всегда находится напротив неё. А с обратной стороны Земли, наоборот, уровень воды немного понижается и там наблюдается отлив.

Конечно, Луна оказывает влияние и на твёрдую поверхность Земли, но мы этого не замечаем. Всё-таки она гораздо твёрже и не так пластична, как вода. К тому же, расстояние большое.

В свою очередь, Земля тоже оказывает своё гравитационное воздействие на Луну, но оно гораздо сильнее, ведь наша планета гораздо больше и массивнее. И именно это за миллиарды лет привело к тому, что Луна практически «остановилась».

Дело в том, что Луна – не точка. Это огромный каменный шар, имеющий в поперечнике 3474 км. А сила гравитации сильно меняется с расстоянием, и эти 3474 довольно существенны. Почему?

Представьте себе, что Луна вращается вокруг своей оси. При этом та половина, которая повёрнута к Земле, притягивается к неё сильнее, чем обратная. Можно даже подсчитать, что она притягивается на 1.7% сильнее. И при повороте Луны возникает некоторый дисбаланс – более близкая к Земле половина оказывается всегда «тяжелее». Поэтому вращение Луны будет постепенно замедляться – это называется приливным трением.

Конечно, Луна – большое и массивное тело, его вращение очень сложно затормозить. Но раньше она находилась гораздо ближе к Земле, и разница между притяжением на близкой и дальней точке была гораздо больше. Поэтому замедление вращения происходило гораздо быстрее. И за миллиарды лет Луна оказалась полностью синхронизирована с вращением планеты – теперь она всегда повернута к Земле одной стороной.

Кстати, и Земля раньше вращалась гораздо быстрее, но Луна замедлила её вращение таким же образом. Ведь она была ближе в 15 раз и воздействовала на Землю гораздо сильнее. Длительность суток была 5 часов, а за 4 миллиарда лет растянулась до 24 часов. Когда динозавры только появились, сутки длились уже 22 часа 40 минут и с тех пор удлинились не очень сильно. Дело в том, что Луна удаляется от Земли, и её гравитационное влияние ослабевает.

Представьте, какие приливы были, когда она была в 15 раз ближе, чем сейчас. Это, вероятно, было похоже на ежедневные катаклизмы. Землетрясения и извержения вулканов тогда также происходили гораздо чаще и повсеместно, и приливное действие Луны к этому тоже имело отношение.

Почему мы видим больше, чем половину Луны

На самом деле мы видим не точно половину Луны, а больше – примерно 60%. Потому что она иногда поворачивает больше то одну сторону, то другую, и мы можем как бы заглядывать дальше за её край. Это называется либрацией.

Почему так происходит, если Луна всегда повёрнута к Земле одной стороной? Здесь всё тоже просто – дело в том, что орбита Луны не строго круговая, а немного вытянутая. Поэтому иногда, когда она находится в этих самых удалённых точках эллипса, нам становится поверхность «за лунным горизонтом».

Приливной захват на других планетах

Практически все спутники у других планет также находятся в приливном захвате у своих планет и повёрнуты к ним одной стороной. Даже Фобос и Деймос у Марса, несмотря на свои малые размеры, тоже синхронизировали своё вращение с планетой.

Самое интересное проявление приливного захвата можно наблюдать у Плутона и его спутника Харона. Они не очень отличаются по размерам и оба попали в приливной захват. То есть Харон всегда повёрнут к Плутону одной стороной, но и Плутон также повёрнут одной стороной к Харону.

А вот другие, мелкие спутники Плутона, в захвате не находятся, и вращаются каждый сам по себе.  Что любопытно – центр тяжести (барицентр) системы Плутон – Харон находится над поверхностью Плутона, и они оба вращаются вокруг этого центра, повернувшись друг к другу одной стороной.

А что будет, если спутник окажется слишком близко к планете? Тогда приливные силы окажутся сильнее, чем собственная сила гравитации, и спутник просто разорвёт на части. Так образовались кольца Сатурна и других планет-гигантов, из раздробленных в пыль остатков разорванных гравитацией спутников.

В нашей Солнечной системе в приливном захвате находятся только спутники планет, но ни одна планета не повёрнута к Солнцу одной стороной, даже Меркурий. Но в других системах это вполне возможно, например, в системах красных карликов планеты должны находиться очень близко к звезде и находиться под действием приливного захвата. Такие близкие экзопланеты уже известны, и их довольно много.