9.5. Вращение Луны

Вращение Луны вокруг ее центра масс описывается тремя эмпирическими законами, сформулированными Кассини в 1721 г.:

1. Луна вращается в восточном направлении вокруг оси, остающейся неподвижной в ее теле, с постоянной угловой скоростью. Период вращения равен среднему сидерическому периоду обращения Луны по орбите вокруг Земли.

2. Наклонение средней плоскости экватора Луны к плоскости эклиптики постоянно.

3. Полюса лунного экватора, эклиптики и плоскости орбиты Луны лежат на одном большом круге (в том порядке, как они здесь перечислены), т. е. линия пересечения плоскости среднего лунного экватора с эклиптикой совпадаете линией узлов орбиты Луны, причем нисходящий узел экватора совпадает с восходящим узлом орбиты. На рис. 9.1 изображены селеноцентрическая небесная сфера и большие круги, получающиеся в результате пересечения с ней плоскости лунного экватора, эклиптики и плоскости орбиты Луны.

Законы Кассини выполняются с высокой степенью точности. Отклонения от них во вращении Луны представляют собой малые колебания, называемые физической либрацией, состоящие из свободных и вынужденных колебаний. Причинами этих малых колебаний являются форма Луны (приблизительно трехосный эллипсоид, самая длинная ось которого всегда направлена в сторону

Земли) и притяжение Землей лунных горбов. Поскольку Луна в своем движении по эллиптической орбите подчиняется второму закону Кеплера, а вращение Луны вокруг своей оси равномерно, то наибольшая ось лунного эллипсоида колеблется около линии, соединяющей центры Земли и Луны (рис. 9.2).

Рис. 9.1.

Амплитуда этих колебаний (угол ЕМА) составляет около 8°.

Рис. 9.2.

Таким образом, Земля стремится повернуть Луну, что вызывает вынужденные колебания. Максимальная амплитуда физической либрации равна приблизительно 3,5.

Как следствие законов Кассини и второго закона Кеплера наблюдается так называемая геометрическая (оптическая) либрация

по долготе широте. Либрация по долготе, являющаяся следствием первого закона Кассини и второго закона Кеплера, приводит к тому, что тела на лунной поверхности смещаются по долготе на ±7,9° относительно центра Луны. Либрация по широте — это следствие второго закона Кассини: лунные объекты смещаются по широте на ±6,7° (также относительно центра Луны).

Наблюдается еще третья геометрическая либрация, называемая суточной или параллактической либрацией. Она возникает из-за того, что наблюдатель расположен на вращающейся Земле, имеющей конечные размеры. Это дает ему возможность наблюдать поверхность Луны на расстоянии примерно в 1° за кромкой видимого полушария Луны. Геометрическая либрация еще до того, как «Луна-3» сфотографировала в 1959 г. обратную сторону Луны, позволили нанести на карту Луны 59% ее поверхности.