Либрация Луны
Либра́ция Луны́ (от лат. libratio – качание, колебание), оптический эффект «покачивания» видимого полушария Луны относительно его среднего положения, возникающий при наблюдении с Земли. Различают либрации Луны по долготе и по широте.
Вращение Луны вокруг собственной оси описывается тремя эмпирическими законами Ж. Кассини (1721):
лунный экватор имеет постоянный наклон к плоскости эклиптики (1°32′47″);
ось вращения Луны лежит в одной плоскости с осью эклиптики и осью лунной орбиты;
Луна вращается с постоянной угловой скоростью в направлении обращения её вокруг Земли, причём период вращения равен периоду обращения по орбите.
Равенство периодов осевого и геоцентрического вращения Луны создаёт известную особенность системы Земля – Луна, при которой к нашей планете постоянно обращено одно и то же полушарие – видимая сторона Луны. Сочетание равномерного вращения Луны вокруг оси с неравномерным движением по эллиптической орбите приводит к оптической либрации по долготе. За четверть периода движения по орбите Луна из-за неравномерности этого движения проходит больше или меньше четверти пути, поскольку движение вблизи апогея происходит медленнее, а вблизи перигея быстрее среднего. Однако вокруг своей оси за тот же отрезок времени Луна поворачивается ровно на четверть полного оборота. В результате наблюдатель с Земли может заглядывать за границу видимого полушария с его западного или восточного края. Максимальное значение либрации Луны по долготе составляет ±7°54′.
Схема либрации Луны по долготе. Буквами обозначены центр видимого полушария Луны (А) и граница видимого и обратного полушарий (В и С) в апогее и перигее. Заштрихованы области лунного шара, невидимые для земного наблюдателя в данный момент.Либрация Луны по широте объясняется наклоном плоскости орбиты Луны к плоскости эклиптики. Благодаря этому обстоятельству наблюдатель с Земли может видеть северную или южную полярные области Луны. Максимальное значение либрации Луны по широте достигает ±6°50′.
Схема либрации Луны по широте. Точки P и P′ обозначают северный и южный полюсы Луны. Заштрихованы области лунного шара, невидимые для земного наблюдателя в данный момент.Таким образом, либрации Луны позволяют наблюдать с Земли краевые зоны обратной стороны Луны, и общая площадь наблюдаемой поверхности лунного шара составляет около 59 %.
В описанных выше эффектах, называемых также оптическими либрациями, Луна никаких реальных колебаний не совершает. Дополнительные эффекты, называемые суточной или параллактической либрацией, возникают из-за суточного вращения Земли, когда положение наблюдателя относительно Луны изменяется на величину диаметра Земли. Величина суточной либрации может достигать 1°.
Реальное вращение Луны вокруг своей оси несколько отличается от вращения, определяемого законами Кассини. Так же, как и в случае Земли, вращение Луны сопровождается малыми по абсолютной величине колебаниями нутационного типа. Эти малые колебания носят название физической либрации. В этом случае большая полуось лунного трёхосного эллипсоида из-за неравномерного движения Луны по орбите периодически отклоняется от строгого направления на Землю. Реальные покачивания лунного эллипсоида вызываются тем, что под влиянием земного притяжения большая полуось эллипсоида стремится занять прежнее положение. Величина физической либрации Луны не превышает 2′. Точное измерение этих колебаний позволяет определять моменты инерции Луны, которые зависят от фигуры спутника Земли и распределения масс в его теле. Современная теория физической либрации Луны находится в процессе создания и связана с высокоточными измерениями движений лунных полюсов. При современных вычислениях в уравнениях учитывается более 1000 членов разложений.