Perché è visibile solo un lato della Luna dalla Terra?

Perché vediamo sempre solo lo stesso lato della luna?

Se questo ha a che fare con la gravità, ci sono delle variabili che significano che un giorno potremmo vedere più di quanto abbiamo fatto prima?

La ragione di ciò è ciò che chiamiamo blocco delle maree :

Il bloccaggio delle maree (o rotazione catturata) si verifica quando il gradiente gravitazionale fa sì che un lato di un corpo astronomico sia sempre di fronte a un altro, un effetto noto come rotazione sincrona. Ad esempio, lo stesso lato della Luna terrestre è sempre rivolto verso la Terra. Un corpo bloccato in modo ordinato impiega tanto tempo a ruotare attorno al proprio asse quanto a ruotare attorno al proprio partner. Questo fa sì che un emisfero si trovi costantemente di fronte al corpo del partner. Di solito, in qualsiasi momento solo il satellite è bloccato in modo ordinato attorno al corpo più grande, ma se la differenza di massa tra i due corpi e la loro separazione fisica è piccola, ognuno può essere bloccato in modo ordinato all'altro, come nel caso tra Plutone e Caronte. Questo effetto viene utilizzato per stabilizzare alcuni satelliti artificiali.

    ^{Fig. 1 : Il bloccaggio delle maree provoca la rotazione della Luna attorno al suo asse nello stesso tempo impiegato per orbitare attorno alla Terra. (Fonte: Wikipedia )}

Fig. 1, cont. : Tranne gli effetti di librazione , questo fa sì che la Luna mantenga la stessa faccia rivolta verso la Terra, come si vede nella figura a sinistra. (La Luna è mostrata in vista polare e non è disegnata in scala.) Se la Luna non ruotasse affatto, mostrerebbe alternativamente i suoi lati vicini e lontani sulla Terra mentre si muove attorno al nostro pianeta in orbita, come mostrato nella figura a destra.

                         ^{Fig. 2 : Librerie lunari in latitudine e longitudine per un periodo di un mese (Fonte: Wikipedia )}

La librazione si manifesta come un lento dondolio avanti e indietro della Luna visto dalla Terra, permettendo a un osservatore di vedere metà leggermente differenti della superficie in momenti diversi.

Esistono tre tipi di librerie lunari:

• La librazione in longitudine deriva dall'eccentricità dell'orbita lunare attorno alla Terra; la rotazione della Luna a volte conduce e talvolta ritarda la sua posizione orbitale.

• La librazione in latitudine deriva da una leggera inclinazione tra l'asse di rotazione della Luna e la normale al piano della sua orbita attorno alla Terra. La sua origine è analoga a come le stagioni nascono dalla rivoluzione terrestre sul Sole.

• La librazione diurna è una piccola oscillazione giornaliera dovuta alla rotazione della Terra, che porta prima un osservatore da un lato e poi dall'altro lato della linea retta che unisce i centri della Terra e della Luna, permettendo all'osservatore di guardare prima da un lato della Luna e poi intorno all'altro, perché l'osservatore si trova sulla superficie della Terra, non al suo centro.

Tutte le citazioni e le immagini da Wikipedia sul blocco delle maree e Wikipedia sulla librazione .

Principalmente a causa di come la luna gira - è gira al proprio tasso diritto di impedirci di vedere un lato di essa. Ecco un diagramma fatto a mano per mostrare cosa intendo:

Il periodo di rotazione della luna è ~ 27.322 giorni , e anche il periodo di rivoluzione è ~ 27.322 . Ciò significa che per ogni grado gira intorno alla Terra, gira un grado intorno a se stesso, quindi lo stesso lato ci affronta sempre.

Ciò è dovuto alle forze di marea che accoppiano i vari oscillatori nel sistema (rivoluzione della luna, orbita della luna, rivoluzione della Terra). Quando gli oscillatori sono accoppiati, hanno la tendenza a stabilizzarsi su uno stato che è in fase o 180 gradi fuori fase *. Entrambi i casi danno luogo a blocchi di marea qui.

• Questo è un esperimento che puoi provare a sospendere un pendolo da ciascuna estremità di un righello e dare loro una piccola differenza di fase. Nel tempo, le fasi coincideranno.

Come complemento delle altre risposte, vorrei affrontare la questione del perché i pianeti tendono al blocco delle maree. In breve, la coppia applicata dalla forza gravitazionale differenziale tra i due lati della superficie del pianeta induce attrito, che a sua volta dissipa sempre l'eccesso di rotazione della (proto) luna quando non è bloccata in modo ordinato. Quando si verifica il blocco, la dissipazione è ridotta al minimo.
Un altro artefatto è che anche la luna si sta allontanando dalla terra (poiché perde il momento angolare). Vedi ad esempio http://curious.astro.cornell.edu/question.php?number=124

Le altre risposte qui sono fantastiche nello spiegare in senso tecnico.

Per un esempio quotidiano, immagina di prendere qualcosa di asimmetrico - come un marmo con dell'argilla incollata su di esso - e di ruotarlo. L'asimmetria alla fine porta l'oggetto a girare in un certo modo. La luna è così, tranne che molto più complicata, poiché la sua interazione con la Terra fa parte dell'equazione.

RE: Vedendo sempre lo stesso lato della luna. Può anche essere attribuito a una differenza di densità della luna. Recentemente è stato stabilito che ci sono variazioni gravitazionali attorno alla luna che potrebbero supportare la possibilità che ci sia una maggiore densità di materiale su un lato della luna. L'area a più alta densità della luna dovrebbe quindi sempre affrontare la terra. Ciò sarebbe simile a quello di attaccare un peso pesante su un lato di una palla su una superficie dura. Il lato più pesante della palla sarà sempre rivolto verso il basso verso il pavimento e verso la forza gravitazionale. Questo è lo stesso risultato del lato più pesante della luna rivolto verso la forza gravitazionale che emana dalla terra. È troppo una coincidenza che la luna ruoti perfettamente per mantenere sempre lo stesso lato rivolto verso la terra. Soprattutto dal momento che la luna si sta allontanando dalla terra e sta cambiando la sua distanza e il tempo per ruotare costantemente intorno alla terra. Ho avuto questa teoria circa 10 anni fa e non ho visto altre teorie che mi convincerebbero che questa non è una possibilità reale. Questa teoria spiegherebbe anche perché Mercurio deve sempre affrontare lo stesso lato verso il sole. Non ci sono maree su Mercurio che influenzano il modo in cui è orientato e sembrerebbe che entrambi i corpi siano influenzati dalle stesse forze nel mantenere gli stessi lati rivolti nella stessa direzione. Questa teoria spiegherebbe anche perché Mercurio deve sempre affrontare lo stesso lato verso il sole. Non ci sono maree su Mercurio che influenzano il modo in cui è orientato e sembrerebbe che entrambi i corpi siano influenzati dalle stesse forze nel mantenere gli stessi lati rivolti nella stessa direzione. Questa teoria spiegherebbe anche perché Mercurio deve sempre affrontare lo stesso lato verso il sole. Non ci sono maree su Mercurio che influenzano il modo in cui è orientato e sembrerebbe che entrambi i corpi siano influenzati dalle stesse forze nel mantenere gli stessi lati rivolti nella stessa direzione.