Почему с Земли видна только одна сторона Луны?

Причиной этого является то, что мы называем приливной блокировкой :

Приливная блокировка (или захваченное вращение) происходит, когда гравитационный градиент заставляет одну сторону астрономического тела всегда быть обращенной к другой, эффект, известный как синхронное вращение. Например, Луна всегда обращена к Земле одной и той же стороной. Телу, запертому приливом, требуется столько же времени, чтобы повернуться вокруг своей оси, сколько ему нужно, чтобы повернуться вокруг своего партнера. Это приводит к тому, что одно полушарие постоянно обращено к телу партнера. Обычно в любой момент времени только спутник приливно привязан к большему телу, но если разница в массе между двумя телами и их физическое разделение невелики, каждое из них может быть приливно привязано к другому, как в случае Плутона и Харон. Этот эффект используется для стабилизации некоторых искусственных спутников.

    ^{Рис. 1 : Приливная блокировка приводит к тому, что Луна вращается вокруг своей оси примерно за то же время, которое требуется для обращения вокруг Земли. (Источник: Википедия )}

Рис. 1, продолжение : За исключением эффектов либрации , это приводит к тому, что Луна остается повернутой к Земле одной и той же стороной, как показано на рисунке слева. (Луна показана в полярной проекции, а не в масштабе.) Если бы Луна вообще не вращалась, она попеременно показывала бы свои ближние и дальние стороны к Земле, двигаясь вокруг нашей планеты по орбите, как показано на рисунок справа.

                         ^{Рис. 2 : Лунные либрации по широте и долготе за период в один месяц (Источник: Википедия )}

Либрация проявляется как медленное раскачивание Луны вперед и назад, если смотреть с Земли, что позволяет наблюдателю видеть несколько разные половины поверхности в разное время.

Есть три типа лунной либрации:

• Либрация по долготе возникает из-за эксцентриситета орбиты Луны вокруг Земли; вращение Луны иногда опережает, а иногда отстает от своего орбитального положения.

• Либрация на широте возникает из-за небольшого наклона между осью вращения Луны и нормалью к плоскости ее орбиты вокруг Земли. Его происхождение аналогично тому, как времена года возникают из-за обращения Земли вокруг Солнца.

• Суточная либрация — это небольшое суточное колебание, обусловленное вращением Земли, которое переносит наблюдателя сначала в одну, а затем в другую сторону прямой линии, соединяющей центры Земли и Луны, что позволяет наблюдателю сначала оглядеться вокруг одной стороны Луны. а затем вокруг другого — потому что наблюдатель находится на поверхности Земли, а не в ее центре.

Все цитаты и изображения из Википедии о приливных замках и Википедии о Либрации .

В первую очередь из-за того, как вращается Луна — она вращается с нужной скоростью, чтобы мы не могли видеть одну ее сторону . Вот схема, сделанная своими руками, чтобы показать, что я имею в виду:

Период обращения Луны ~ 27,322 дня , период обращения также ~ 27,322 . Это означает, что на каждый градус его оборота вокруг Земли он поворачивается на градус вокруг себя, поэтому к нам всегда обращена одна и та же сторона.

Это происходит из-за того, что приливные силы связывают различные осцилляторы в системе (вращение Луны, орбита Луны, вращение Земли). Когда осцилляторы связаны, они имеют тенденцию устанавливаться в состояние, которое находится либо в фазе, либо на 180 градусов не в фазе*. В обоих случаях здесь возникает приливная блокировка.

• В этом эксперименте вы можете попробовать подвесить маятник к каждому концу линейки и придать им небольшую разность фаз. Со временем фазы совпадут.

В дополнение к другим ответам позвольте мне ответить на вопрос, почему планеты склонны к приливной блокировке. Короче говоря, крутящий момент, создаваемый дифференциальной гравитационной силой между обеими сторонами поверхности планеты, вызывает трение, которое, в свою очередь, рассеивает избыточное вращение (прото) луны, когда она не заблокирована приливом. Когда происходит блокировка, рассеивание сводится к минимуму.
Другой артефакт заключается в том, что Луна также удаляется от Земли (поскольку теряет угловой момент). См., например , http://curious.astro.cornell.edu/question.php?number=124 .

Другие ответы здесь фантастически объясняют в техническом смысле.

В качестве повседневного примера представьте, что вы берете что-то асимметричное, например, мрамор с прилипшим к нему куском глины, и вращаете его. Асимметрия в конечном итоге заставляет объект вращаться определенным образом. Луна похожа на эту, за исключением того, что она намного сложнее, поскольку ее взаимодействие с Землей является частью уравнения.

RE: Всегда видишь одну и ту же сторону Луны. Это также может быть связано с разницей в плотности Луны. Недавно было установлено, что вокруг Луны существуют гравитационные вариации, которые подтверждают возможность наличия более высокой плотности материала на одной стороне Луны. Тогда область Луны с более высокой плотностью всегда будет обращена к Земле. Это было бы похоже на привязывание тяжелого груза к одной стороне мяча на твердой поверхности. Более тяжелая сторона мяча всегда будет направлена ​​вниз к полу и к силе тяжести. Это тот же результат, когда более тяжелая сторона Луны обращена к гравитационной силе, исходящей от Земли. Это слишком большое совпадение, что Луна вращается идеально, чтобы всегда оставаться одной и той же стороной, обращенной к Земле. Тем более, что Луна удаляется от Земли и меняет свое расстояние и время, чтобы постоянно вращаться вокруг Земли. Я придумал эту теорию около 10 лет назад и не видел других теорий, которые убедили бы меня в том, что это нереально. Эта теория также объясняет, почему Меркурий всегда обращен к Солнцу одной и той же стороной. На Меркурии нет приливов, влияющих на его ориентацию, и может показаться, что на оба тела действуют одни и те же силы, удерживающие одни и те же стороны, обращенные в одном направлении. Эта теория также объясняет, почему Меркурий всегда обращен к Солнцу одной и той же стороной. На Меркурии нет приливов, влияющих на его ориентацию, и может показаться, что на оба тела действуют одни и те же силы, удерживающие одни и те же стороны, обращенные в одном направлении. Эта теория также объясняет, почему Меркурий всегда обращен к Солнцу одной и той же стороной. На Меркурии нет приливов, влияющих на его ориентацию, и может показаться, что на оба тела действуют одни и те же силы, удерживающие одни и те же стороны, обращенные в одном направлении.