Почему Луна обращена к Земле одним боком?

Чтобы ответить на поставленный вопрос, вернемся к гантели, совершающей полет по орбите спутника Земли. Отклоним гантель на некоторый угол от направления на центр Земли. Что произойдет с нею? На ближнюю к Земле половину гантели будет действовать большая сила притяжения, чем на дальнюю, отчего возникнет момент сил и гантель начнет вращаться, стремясь установить свою продольную ось в направлении на центр Земли и сохранить вечно такую ориентацию. Начав поворот к положению устойчивого равновесия, гантель по инерции проскочит его, после чего вращающий момент начнет действовать в противоположном направлении. Значит, прежде чем занять устойчивое вертикальное положение, гантель начнет колебаться наподобие маятника. Математический анализ показывает, что период таких колебаний будет близок по величине к периоду обращения вокруг Земли и почти не зависит от размеров и формы гантели. Из-за влияния сил сопротивления атмосферы, хотя они и ничтожны, колебания гантели будут постепенно затухать и в конце концов она достигнет положения устойчивого равновесия.

Практическое значение этого эффекта состоит в том, что его можно использовать для автоматической ориентации корабля на Землю. На ближнем к Земле конце гантели можно установить фотоаппарат или антенну и спокойно фотографировать облачный покров Земли или вести телевизионный репортаж, "А при чем здесь Луна?" - спросите вы.

Луна по отношению к Земле - своеобразная гантель. Непрерывно действующие вдоль линии Земля - Луна силы вызывают в ней приливы, аналогичные приливам океанов. Приливные трения, действующие на протяжении многих миллионов лет, в конце концов остановили вращение и колебания Луны по отношению к направлению на Землю и немного вытянули ее. Луна стала не совсем шарообразной и чуть-чуть напоминает гантель. Вот поэтому она обращена к Земле всегда одной и той же стороной.

Вот к каким интересным результатам можно прийти, основываясь только на качественной стороне вопроса ориентации гантели. Однако наши суждения о фигуре Луны на этом не заканчиваются и могут быть продолжены. По отношению к звездам Луна вращается вокруг собственной оси, совершая один оборот за один месяц. Возникающие при этом центробежные силы будут стремиться сжать ее с полюсов подобно тому, как сжата Земля. Кроме того, нежные объятия Земли также не проходят даром для Луны. Помните стержень, который сжимается полем Земли? Мысленно Луну можно представить как набор различной длины стержней, оси которых перпендикулярны плоскости орбиты движения Луны относительно Земли. Каждый из этих стержней и, следовательно, в целом вся Луна сжаты полем Земли. Средняя плотность Луны составляет 3,33 г/см³. При радиусе Луны 1740 км за счет влияния притяжения Земли в центре наиболее длинные "стерженьки" будут сжаты с силой 20 г, приходящейся на каждый квадратный метр поперечного сечения стержня. Это небольшая сила, но не надо забывать, что она одновременно и постоянно действует на каждую частичку, молекулу, атом Луны и за многие тысячелетия может привести к сжиманию Луны у полюсов. В действительности фигура Луны имеет более сложную форму, чем простое сжатие у полюсов и растяжение в направлении к Земле. Определением формы Луны занимались многие поколения астрономов, но это стало доступно только в наше время. Советский ученый Э. Л. Аким использовал для этой цели результаты измерений параметров движения искусственного Спутника Луны "Луна-10", запущенного в 1967 г. Обработав на электронной вычислительной машине данные многочисленных измерений, он получил фигуру Луны, значительно отличающуюся от сферы, но и одновременно чем-то напоминающую гантель.