Оптическая либрация Луны

Луна обращена к Земле всегда одной и той  же стороной, одним и тем же полушарием, так как она вращается вокруг своей оси с тем же периодом (и в том же направлении), с каким она обращается вокруг Земли, т.е. “звездные сутки” на Луне составляют 27,32 земных средних суток. Ось вращения Луны наклонена к плоскости лунной орбиты на угол 83º 20' (изменяется в пределах от 83º 10' до 83º 31’). Таким образом, плоскость лунного экватора с плоскостью лунной орбиты составляет угол 6º39', а с плоскостью эклиптики 1º 30'. При этом плоскость эклиптики лежит между плоскостями лунного экватора и орбиты Луны и все три плоскости пересекаются по одной прямой. Последнее замечательное обстоятельство было обнаружено Кассини в 1721 г. и называется законом Кассини.

В каждый данный момент с Земли видна ровно  половина поверхности Луны, но продолжительные наблюдения позволяют изучать почти 60% ее поверхности. Это возможно благодаря явлениям, носящим общее название либрации (качаний) Луны. 

Оптические, или видимые либрации, при которых  Луна в действительности никаких “колебаний” не совершает, бывают трех видов: по долготе, по широте и параллактическая. 

Либрация  по долготе вызывается тем, что Луна вращается вокруг оси равномерно, а ее движение по орбите согласно второму закону Кеплера вблизи перигея быстрее, а вблизи апогея - медленнее. Поэтому за четверть месяца после прохождения перигея П (рис. 57) Луна пройдет путь больше четверти всей орбиты, а вокруг оси

повернется  ровно на 90º. Точка а, которая ранее была в центре лунного диска, теперь будет видна уже левее центра диска (сместится к востоку).

В том же направлении сместится и точка  b, которая раньше была видна на правом (западном) краю диска, и, следовательно, станет видимой часть поверхности Луны за западным краем ее диска. В апогее А будет видна та же поверхность Луны, что и в перигее, но за четверть месяца после прохождения апогея Луна пройдет меньше

четверти  всей орбиты, а вокруг оси снова повернется ровно на 90º, и теперь уже будет видна  часть  поверхности Луны за восточным краем ее диска. Период либрации по долготе равен аномалистическому месяцу(Промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Луны через перигей в её движении вокруг Земли. Продолжительность в начале 1900 года составляла 27,554551 средних солнечных суток (27 суток 13 часов 18 минут 33,16 секунд), убывает на 0,095 сек за 100 лет.), а наибольшая возможная величина ее 7º54'. 

Либрация  по широте возникает от наклона оси  вращения Луны к плоскости ее орбиты и сохранения направления оси в пространстве при движении Луны (рис. 58).

В результате с Земли попеременно видна  то часть поверхности Луны, расположенная вокруг ее южного полюса, то, наоборот, вокруг северного полюса. Период либрации по широте равен драконическому месяцу(Промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Луны через один и тот же (восходящий или нисходящий) узел орбиты в её движении вокруг Земли. Продолжительность в начале 1900 года составляла 27,2122204 средних солнечных суток (27 суток 5 часов 5 минут 35,84 секунды), увеличивается на 0,0035 сек за 100 лет.), а ее величина достигает 6º50’. 

Все, что  было сказано по поводу двух предыдущих либрации, относилось к воображаемому наблюдателю, помещенному в центр Земли. Реальный же наблюдатель находится на поверхности вращающейся Земли, которая переносит его из одной точки пространства в другую. Меняется положение наблюдателя, чуть-чуть изменяется и вид Луны. Даже, если бы Луна относительно центра Земли оставалась совершенно неподвижной, земному наблюдателю из-за вращения Земли она казалась бы слегка покачивающейся. Суточная или параллактическая либрация возникает вследствие сравнительной близости Луны к Земле. Поэтому из разных точек Земли поверхность Луны видна неодинаково. Два наблюдателя, находящиеся в двух противоположных точках земного экватора, в один и тот же момент видят несколько различные области лунной поверхности. Так, наблюдатель, для которого Луна только еще восходит, видит часть поверхности Луны за ее западным краем диска, а второй наблюдатель, для которого Луна в этот момент уже заходит, этой части поверхности Луны не видит, но зато видит часть поверхности за восточным краем диска. Параллактическая либрация составляет около 1º. 
 

Однако существует и настоящая физическая либрация. Она вызвана тем, что Луна (как  и Земля) имеет форму не идеального шара, а трехосного эллипсоида. Правда, отклонения Луны от шарообразной формы очень невелики — направленный к Земле радиус Луны превосходит перпендикулярные к нему радиусы всего на несколько километров. Но все-таки натянутость Луны в направлении к Земле существует. Большая ось лунного эллипсоида при обращении Луны вокруг Земли периодически выходит из положения своеобразного «равновесия» и становится направленной не к центру Земли, а слегка в сторону. Но тяготение Земли старается привести лунный эллипсоид в устойчивое положение. В итоге возникают настоящие физические колебания Луны, правда, с очень маленькой амплитудой — физическая либрация не превышает 2".