wtorek, 4 marca 2008

Dlaczego zawsze widzimy tylko część powierzchni Księżyca

Księżyc jest najbliższym nam ciałem niebieskim. Krąży wokół Ziemi w kierunku z zachodu na wschód, w odległości średniej 384.4 tys. km. Płaszczyzna orbity Księżyca nachylona jest do płaszczyzny ekliptyki pod kątem około 5°. Okres obiegu Księżyca wokół Ziemi wynosi średnio 27.3217 doby. Jest to tzw. miesiąc syderyczny, inaczej gwiazdowy. Po upływie tego czasu Księżyc pojawia się na tle tych samych gwiazd.

Nieco inną długość, wynoszącą 27.2122 dni ma tzw. miesiąc smoczy, to jest czas po którym Księżyc znajdzie się ponownie w tym samym węźle orbity. Długość tego miesiąca jest krótsza od gwiazdowego, gdyż węzły orbity Księżyca cofają się po ekliptyce. Jeden pełen obrót węzłów trwa 18.6 lat. Księżyc wcześniej napotka cofający się w jego kierunku węzeł, niż gwiazdę, przy której znajdował się ten węzeł miesiąc temu.

Okres czasu jaki upływa między tymi samymi fazami Księżyca (np. od nowiu do nowiu) trwa średnio 29.5306 doby i nazywany jest miesiącem synodycznym. Jest on dłuższy od miesiąca gwiazdowego, gdyż w tym czasie Księżyc porusza się wraz z Ziemią dookoła Słońca i dopiero po dodatkowych dwóch dniach znajdzie się w tym samym położeniu względem Słońca (patrz Rysunek poniżej).


Długość miesiąca gwiazdowego (okres czasu w którym Ziemia pokonuje odcinek Z1 do Z2) i miesiąca synodycznego (okres czasu w którym Ziemia pokonuje odcinek Z1 do Z3). Przerywaną linią zaznaczono kierunek na wybraną gwiazdę.

Obserwując Księżyc łatwo zauważyć, że jest on zawsze zwrócony ku Ziemi tą samą stroną. Odwrotną stronę Księżyca poznaliśmy dopiero dzięki fotografiom wykonanym przez księżycowe sondy kosmiczne. Bardzo często błędnie uważa się w związku z tym, że Księżyc nie obraca się wokół swojej osi. Prawidłowe wyjaśnienie jest takie, że jest to skutek tzw. synchronicznej rotacji Księżyca. Księżyc obraca się wokół własnej osi z tym samym okresem (i w tym samym kierunku) z jakim obiega Ziemię (patrz Rysunek poniżej ). Jest to tak zwany rezonans 1:1 - na jeden obieg Księżyca dookoła Ziemi przypada jeden jego obrót wokół własnej osi). Inną konsekwencją takiej rotacji jest to, że Ziemia z Księżyca widoczna jest zawsze w tym samym miejscu na niebie (albo wcale nie jest widoczna, gdy obserwator znajduje się na jego odwróconej stronie). Astronauci, którzy wylądowali na Księżycu, widzieli Ziemię jako olbrzymi lampion zawieszony nieruchomo nad horyzontem. Nachylenie równika Księżyca do ekliptyki, a tym samym jego osi obrotu o osi ekliptyki, wynosi 1°32'40". Linia, która oddziela oświetloną i ciemną część tarczy Księżyca nazywana jest terminatorem. Obserwator znajdujący się na terminatorze widzi wschód i zachód Słońca. Doba słoneczna trwa 29.5 dnia, od wschodu do zachodu Słońca mijają prawie dwa tygodnie.

Widok hipotetycznej anteny umieszczonej na Księżycu, gdy Księżyc nie rotuje (rysunek po lewej stronie) i rotuje z okresem równym okresowi jego obiegu wokół Ziemi (rysunek po prawej).