Tại sao chỉ có một mặt của Mặt trăng có thể nhìn thấy từ Trái đất?

Tại sao chúng ta chỉ nhìn thấy cùng một phía của mặt trăng?

Nếu điều này liên quan đến trọng lực thì có bất kỳ biến số nào có nghĩa là một ngày nào đó chúng ta có thể thấy nhiều hơn những gì chúng ta có trước đây không?

Lý do cho điều này là những gì chúng ta gọi là khóa thủy triều :

Khóa thủy triều (hoặc quay được chụp) xảy ra khi độ dốc hấp dẫn làm cho một bên của cơ thể thiên văn luôn phải đối mặt với một mặt khác, một hiệu ứng được gọi là xoay đồng bộ. Ví dụ, cùng một phía của Mặt trăng của Trái đất luôn phải đối mặt với Trái đất. Một cơ thể bị khóa chặt chỉ mất nhiều thời gian để xoay quanh trục của chính nó cũng như xoay quanh đối tác của nó. Điều này khiến một bán cầu liên tục phải đối mặt với cơ thể đối tác. Thông thường, tại bất kỳ thời điểm nào, chỉ có vệ tinh được khóa chặt quanh thân lớn hơn, nhưng nếu chênh lệch khối lượng giữa hai cơ thể và sự tách biệt vật lý của chúng là nhỏ, thì mỗi bên có thể bị khóa chặt với nhau, như trường hợp giữa Sao Diêm Vương và Charon. Hiệu ứng này được sử dụng để ổn định một số vệ tinh nhân tạo.

    ^{Hình 1 : Kết quả khóa thủy triều trong Mặt trăng quay quanh trục của nó trong cùng khoảng thời gian nó quay quanh Trái đất. (Nguồn: Wikipedia )}

Hình 1, tiếp. : Ngoại trừ hiệu ứng hiệu chỉnh , điều này dẫn đến Mặt trăng giữ nguyên khuôn mặt quay về Trái đất, như được thấy trong hình bên trái. (Mặt trăng được hiển thị ở chế độ xem cực và không được vẽ theo tỷ lệ.) Nếu Mặt trăng không quay tròn, nó sẽ lần lượt hiển thị các mặt gần và xa của nó với Trái đất trong khi di chuyển quanh hành tinh của chúng ta theo quỹ đạo, như thể hiện trong hình bên phải

                         ^{Hình 2 : Hiệu chỉnh âm lịch theo vĩ độ và kinh độ trong khoảng thời gian một tháng (Nguồn: Wikipedia )}

Libration được biểu hiện như một sự rung chuyển chậm chạp của Mặt trăng khi nhìn từ Trái đất, cho phép người quan sát nhìn thấy một nửa bề mặt hơi khác nhau ở các thời điểm khác nhau.

Có ba loại hiệu chỉnh mặt trăng:

• Sự tự do trong kinh độ là kết quả của độ lệch tâm của quỹ đạo của Mặt trăng quanh Trái đất; vòng quay của Mặt trăng đôi khi dẫn đầu và đôi khi tụt lại vị trí quỹ đạo của nó.

• Sự thiên lệch về vĩ độ là kết quả của một độ nghiêng nhỏ giữa trục quay của Mặt trăng và bình thường đối với mặt phẳng quỹ đạo của nó quanh Trái đất. Nguồn gốc của nó tương tự như cách các mùa phát sinh từ cuộc cách mạng của Trái đất về Mặt trời.

• Hiệu chỉnh ngày đêm là một dao động nhỏ hàng ngày do vòng quay của Trái đất, mang theo người quan sát trước tiên sang một bên và sau đó đến phía bên kia của đường thẳng nối với tâm của Trái đất và Mặt trăng, cho phép người quan sát nhìn đầu tiên xung quanh một bên của Mặt trăng và sau đó xung quanh các tàu khác vì người quan sát ở trên bề mặt Trái đất, không phải ở trung tâm của nó.

Tất cả các trích dẫn và hình ảnh từ Wikipedia về khóa Tidal và Wikipedia về Libration .

Chủ yếu là do cách mặt trăng quay - nó được quay với chỉ tỷ lệ đúng để giữ chúng ta khỏi nhìn thấy một mặt của nó. Đây là một sơ đồ thủ công để hiển thị những gì tôi muốn nói:

Thời gian quay của mặt trăng là ~ 27.322 ngày , và thời kỳ cách mạng cũng là ~ 27.322 . Điều này có nghĩa là với mỗi độ quay quanh Trái đất, nó sẽ xoay một độ quanh chính nó, vì vậy cùng một phía luôn đối mặt với chúng ta.

Điều này là do các lực thủy triều ghép các bộ dao động khác nhau trong hệ thống (cuộc cách mạng của mặt trăng, quỹ đạo của mặt trăng, cuộc cách mạng của Trái đất). Khi các bộ dao động được ghép nối, chúng có xu hướng ổn định ở trạng thái lệch pha hoặc 180 độ lệch pha *. Cả hai trường hợp làm phát sinh khóa thủy triều ở đây.

• Đây là một thí nghiệm bạn có thể thử treo một con lắc từ mỗi đầu của thước và cho chúng một độ lệch pha nhỏ. Theo thời gian, các giai đoạn sẽ phù hợp.

Để bổ sung cho các câu trả lời khác, hãy để tôi giải quyết câu hỏi tại sao các hành tinh có xu hướng khóa thủy triều. Nói tóm lại, mô-men xoắn được áp dụng bởi lực hấp dẫn vi sai giữa hai bên của bề mặt hành tinh gây ra ma sát, từ đó làm tiêu tan sự quay tròn dư thừa của mặt trăng (proto) khi nó không bị khóa chặt. Khi khóa xảy ra sự tiêu tan được giảm thiểu.
Một hiện vật khác là mặt trăng cũng đang di chuyển ra khỏi trái đất (vì nó mất đi động lượng góc). Xem ví dụ: http://cquil.astro.cornell.edu/question.php?number=124

Các câu trả lời khác ở đây là tuyệt vời để giải thích trong một ý nghĩa kỹ thuật.

Đối với một ví dụ hàng ngày, hãy tưởng tượng lấy một thứ gì đó không đối xứng - như một viên bi với một ít đất sét dính vào nó - và quay nó. Sự bất đối xứng cuối cùng đưa đối tượng quay theo một cách nhất định. Mặt trăng là như thế, ngoại trừ cách phức tạp hơn, vì tương tác của nó với Trái đất là một phần của phương trình.

RE: Luôn luôn nhìn thấy cùng một phía của mặt trăng. Nó cũng có thể được quy cho sự khác biệt về mật độ của mặt trăng. Nó được thành lập gần đây rằng có những biến thể hấp dẫn xung quanh mặt trăng sẽ hỗ trợ khả năng có mật độ vật chất cao hơn ở một bên của mặt trăng. Khu vực mật độ cao hơn của mặt trăng sau đó sẽ luôn phải đối mặt với trái đất. Điều này sẽ tương tự như việc dồn trọng lượng nặng vào một bên của quả bóng trên một bề mặt cứng. Mặt nặng hơn của quả bóng sẽ luôn hướng xuống sàn và hướng về lực hấp dẫn. Đây là kết quả tương tự của mặt trăng nặng hơn đối mặt với lực hấp dẫn phát ra từ trái đất. Thật quá nhiều sự trùng hợp khi mặt trăng quay hoàn hảo để luôn giữ cùng một mặt hướng về trái đất. Đặc biệt là khi mặt trăng đang di chuyển ra khỏi trái đất và đang thay đổi khoảng cách và thời gian để xoay quanh trái đất liên tục. Tôi đã đưa ra lý thuyết này khoảng 10 năm trước và tôi chưa thấy bất kỳ lý thuyết nào khác có thể thuyết phục tôi rằng đây không phải là một khả năng thực sự. Giả thuyết này cũng sẽ giải thích tại sao Sao Thủy luôn hướng về cùng một phía đối với mặt trời. Không có thủy triều trên sao Thủy ảnh hưởng đến cách nó được định hướng và có vẻ như cả hai cơ thể đều bị ảnh hưởng bởi cùng một lực trong việc giữ cho các mặt cùng hướng về cùng một hướng. Giả thuyết này cũng sẽ giải thích tại sao Sao Thủy luôn hướng về cùng một phía đối với mặt trời. Không có thủy triều trên sao Thủy ảnh hưởng đến cách nó được định hướng và có vẻ như cả hai cơ thể đều bị ảnh hưởng bởi cùng một lực trong việc giữ cho các mặt cùng hướng về cùng một hướng. Giả thuyết này cũng sẽ giải thích tại sao Sao Thủy luôn hướng về cùng một phía đối với mặt trời. Không có thủy triều trên sao Thủy ảnh hưởng đến cách nó được định hướng và có vẻ như cả hai cơ thể đều bị ảnh hưởng bởi cùng một lực trong việc giữ cho các mặt cùng hướng về cùng một hướng.