23 stycznia nz.r. 2019 w audycji „Pytania z Kosmosu” dostępnej pod adresem:
http://www.polskieradio.pl/9/5364/Artykul/2250673,Dlaczego-widzimy-tylko-jedna-strone-ksiezyca
padło pytanie:
Dlaczego (…) okres obrotu Księżyca wokół własnej osi jest dokładnie taki sam, jak okres (…) obiegu wokół Ziemi
Dr Rożek tłumaczył:
Dzieje się tak dlatego, że na skutek oddziaływania Ziemi na Księżyc, chodzi mi tutaj o oddziaływanie grawitacyjne, okres, rzeczywiście, tego obrotu wokół własnej osi Księżyca (…) jest dokładnie taki sam, jak okres obrotu wokół Ziemi
nie pierwszy raz nie tłumacząc dokładniej mechanizmu tego grawitacyjnego oddziaływania Ziemi na Księżyc. Szczegóły i przyczyn takiego obrotu i na ile dokładnie to jest ciągle ta sama strona znalazły się we wcześniejszym wpisie OBROTY NA NIEBIE, więc nie warto się powtarzać, jednak dr Rożek (bardzo słusznie) walczył z mitem o jasnej i ciemnej stronie Księżyca, przy okazji ryzykując:
Zaryzykowałbym nawet stwierdzenie, że tamta strona, ta, która jest od nas odwrócona, jest być może czasami nieco jaśniejsza, bo zdarza się, że na tą stronę po naszej stronie (…) czasami nasza Ziemia rzuca cień.
I tu warto się przyjrzeć na ile Ziemia, podczas zaćmienia Księżyca (widzianego z Ziemi), czyli zaćmienia Słońca na Księżycu przyczynia się do jego średniego oświetlenia i czy może są inne powody, które czynią połowy Księżyca jaśniejszymi lub ciemniejszymi. Dla uproszczenia zajmiemy się dwoma punktami – tym widocznym, położonym (średnio) na przeciw Ziemi i tym na jego antypodach. W tym pierwszym zdarzają się całkowite zaćmienia, trwające do niecałych 3h (całkowite zaćmienie Księżyca może trwać do 1h i 47min ale pojedynczy punkt na nim może być „zaćmiony” dłużej. Ponadto kilka sąsiednich godzin to miejsce może być w półcieniu (wtedy widoczne stamtąd Słońce jest częściowo zasłonięte przez Ziemię). Zdarzają się też zaćmienia, które w ogóle nie obejmą tego punktu, lub obejmą go jedynie półcieniem. Ze zgrubnej analizy jednego cyklu zaćmień (zwanego sarosem, trwającego nieco ponad 18 lat) wynika, że z powodu zasłaniania Słońca przez Ziemię dociera do tego punktu o około 1/550 światła mniej niż gdyby do zaćmień nie dochodziło.
Księżyc będący w pełni (kiedy oświetlona jest widoczna jego strona) jest dalej on Słońca niż Ziemia, a w nowiu (kiedy oświetlona jest strona niewidoczna) – bliżej o około 1/200. Z tego powodu w tym drugim punkcie jest w nowiu o około 1/100 jaśniej niż w tym pierwszym w pełni. Ponieważ pomiędzy pełnią i nowiem coś jeszcze jest, oświetlenie średnie różni się nieco mniej – o około 1/125. Efekt jest zatem porównywalny – jedynie kilkukrotnie mocniejszy, niż związany z zaćmieniami. Księżyc nie krąży wokół środka Ziemi, lecz oba krążą wokół wspólnego środka mas, który, choć się przemieszcza, znajduje się zawsze wewnątrz naszej planety.
Z tego powodu Ziemia zatacza się nieco na swojej orbicie i w czasie pełni Księżyca jest bliżej Słońca niż w czasie nowiu. Efekt jest dużo mniejszy niż w przypadku Księżyca, jednak wpływa w mierzalny sposób na to, że średnio w czasie pełni jest nieco cieplej. Oświetlanie przez Księżyc (zarówno światłem odbitym, jak i wypromieniowywanym podczerwonym) też ma na to wpływ, jednak dużo, dużo mniejszy.
Podczas pełni Księżyc jest o ok. 1/200 dalej, Ziemia o ok. 1/15000 dalej od Słońca niż podczas nowiu, tymczasem cały układ Ziemia – Księżyc jest w styczniu o ok. 1/30 bliżej Słońca niż w lipcu, czyli jest o ok. 7% mocniej oświetlany. Wobec tego różnice oświetlenia wynikające z cyklu księżycowego bledną. Jednak ponieważ cykl księżycowy nie jest zsynchronizowany z obiegiem wokół Słońca, to nadal niewidoczna strona jest średnio mocniej ogrzewana.
Pojawił się już temat doświetlania (marnego, bo marnego ale jednak) Ziemi przez Księżyc. A co w drugą stronę? Może to przywróci jasność na widocznej stronie Księżyca (z drugiej Ziemi nie widać)?
Ziemia na księżycowym niebie zajmuje ok. 13,5 więcej miejsca niż Księżyc na ziemskim. Do tego, wbrew pozorom, Księżyc jest szary jak grafit w ołówku, bardzo kiepsko odbija światło. Ziemia robi to dużo lepiej i jest na księżycowym niebie ok. 70 razy jaśniejsza. To głównie dzięki temu patrząc na Księżyc blisko nowiu możemy czasem wyróżnić na tle nieba jego nieoświetloną część. Mimo tego Ziemia (przy uwzględnieniu jej faz) dokłada jedynie ok. 1/25000 światła do tego dochodzącego ze Słońca, zupełnie nie pokrywając strat powodowanych przez zaćmienia.
Póki co sztucznym oświetleniem utrudniającym obserwacje nieba nie doświetlamy w mierzalny sposób naszego satelity. O mocach, jakie do tego byłyby potrzebne, można poczytać pod adresem:
http://what-if.xkcd.com/13/
A oświetlenie (póki co naturalne) Księżyca to problem jak najbardziej praktyczny. Niedawno wysłany na tę niewidoczną jego stronę chiński łazik Yutu-2 oprócz tego, że zasypia na dwutygodniową księżycową noc, w środku dnia ma tygodniową sjestę, żeby się nie przegrzać. Pracuje zatem tylko około 1/4 czasu, a to u chińskiego pracodawcy bardzo komfortowe warunki.
Wszystkie znane duże (o średnicy ponad 1Mm) oraz wiele mniejszych księżyców w Układzie Słonecznym jest zwróconych stale tą samą stroną do swojej planety. A że niektóre z nich okrążają je stosunkowo (w porównaniu do jej rozmiarów) blisko, to warunki na obu stronach tych księżyców różnią się dużo bardziej niż w przypadku ziemskiego. Proporcje rozmiarów Ziemi, Księżyca i odległości między nimi widać na pierwszym rysunku w tym wpisie, a w przypadku Metis obiegającej Jowisza wyglądają one następująco:
Oprócz tego, że z jednej strony poza planetą, no może nie świata, ale nieba prawie nie widać, to jeszcze przy każdym obiegu (kilkakrotnie na ziemski dzień) dochodzi do długotrwałych zaćmień Słońca. To nie jest wyjątek. Kolejne księżyce Jowisza obiegają go niewiele dalej, a najbliższe satelity Marsa, Saturna, Urana i Neptuna są stale do nich zwrócone jedną stroną i też krążą po niewiele mniej ciasnych (w stosunku do rozmiarów planet), prawie kołowych orbitach położonych blisko płaszczyzny równika planety. Tyle, że te płaszczyzny są w przypadku innych planet bardziej nachylone do płaszczyzny orbity, dlatego zaćmienia występują tylko przez część roku.
Księżyce stale zwrócone jedną stroną do planety mają siłą rzeczy również stronę przednią, czołową, zwróconą w kierunku ruchu i tylną. I bywają księżyce, którym robi to różnicę. Kilka satelitów Saturna jest permanentnie obryzgiwana lodem pochodzącym z gejzerów kolejnego, Enceladusa i jedynie ich tylna część jest stosunkowo nieośnieżona. Jeśli ktoś chce pooglądać taki księżyc z różnych stron, to może sobie wydrukować, wyciąć i nakleić na osobistej kuli siatkę Dione:
Dobrze się do tego nadają kule styropianowe, widoczne kratery można lekko powgniatać.
A kto leniwy, może się zadowolić dekoracją:
Samozwańczy instytut poznawczy im. Ewy de Raj
Odpowiedzi z Ziemi 