1. Waarom altijd de zelfde kant?

De tijd die de maan nodig heeft om een volledige omwenteling te maken is gelijk aan de rotatieperiode van de maan. Dit is geen toeval. Het komt op meerdere plaatsen voor in het zonnestelsel.

De aarde en de maan oefenen verschillende gravitationele krachten op elkaar uit. Daarbij zijn, doordat de zwaartekracht met toenemende afstand afneemt, deze krachten het sterkst op naar elkaar gerichte halfronden, en zwakker op de andere zijde van de hemellichamen. Hierdoor wordt de vorm van de twee lichamen verwrongen en wordt ook hun baan beïnvloed.

Door deze krachten werd de oorspronkelijke rotatiesnelheid van de maan vertraagd. (zie figuur)

Tijdens een halve omloop maakte de maan een volledige rotatie (zie a) terwijl de vloedbergen maar een halve rotatie maakten (zie b). De vloedbergen bewogen dus in tegengestelde zin t.o.v. de maanrotatie.Gevolg: de rotatiesnelheid verminderde.

Dit bleeft zo doorgaan totdat de rotatie van de maan gelijk was aan de beweging van de vloedbergen. (rotatieperiode = omloopperiode).

 

2. Andere gevolgen van de getijdenwerking.

·      Net zoals bij de maan zal ook de rotatiesnelheid van de aarde verminderen. Per eeuw worden de dagen tweeduizendse seconde langer. Dit zal doorgaan totdat de maan één omloop om de aarde voltooit in dezelfde tijd dat de aarde één keer om zijn as draait (= synchrone rotatie).Zo zal niet alleen van de maan steeds dezelfde zijde naar de planeet gericht zijn, maar zal ook de planeet altijd met dezelfde kant naar de maan staan.  De maan zal dus slechts van één kant van de planeet zichtbaar zijn, niet opkomen of ondergaan, maar bewegingloos aan de hemel staan. (Zoals bij Pluto met Charon)

·      Als de aardrotatie vertraagt dan komt er energie vrij. De rotatie-energie die de aarde verliest, moet natuurlijk ergens blijven.  De totale hoeveelheid draaiingsenergie in het aarde-maan-stelsel blijft gelijk (wet behoud draaimoment), en wanneer de rotatie-energie van de aarde afneemt, kan het niet anders of de omloopenergie van de maan moet toenemen. En inderdaad: in de loop van de tijd komt de maan in een steeds hogere baan terecht.  De maan verwijdert zich voortdurend van de aarde!  Ongeveer 1,5 cm per jaar. De maan drijft weg.

·       Ook het omgekeerde bestaat. De maan kan zich zo dicht bij de planeet bevinden dat ze een omloop voltooit in minder dan de rotatieperiode van de planeet. De maan zal dan dichter bij de planeet komen. zo zou Phobos, nu op een afstand van slechts 6000 km om Mars cirkelend, over ruwweg 70 miljoen jaar op Mars kunnen inslaan.

3. libratie

Doordat de maan 'schommelt' kunnen we vanaf de aarde 59% van het maanoppervlak zien.

 libratie in breedteligging

Net zoals bij de aarde valt het evenaarsvlak niet samen met het eclipticavlak. Het evenaarslvak van de maan maakt een hoek van 1°32'33" met de eciptica. (voor de aarde 23°27')

Het vlak van de maanbaan maakt ook een hoek met de ecliptica. De waarde hiervan schommelt rond 5°09'.

1°32' + 5°09' = 6°41'    De maanevenaar maakt een hoek van 6°41' met het baanvlak van de maan. Hierdoor worden de polen van de maan afwisselend naar de aarde gericht.

Een vergelijkbare situatie geeft bij de aarde aanleiding tot de seizoenen.

 

libratie in lengteligging

Deze schommeling wordt veroorzaakt door de variabele snelheid van de maan in zijn baan (tweede wet Kepler). De snelheid ligt dussen 3580 en 3780 km/u. De rotatiesnelheid is wel constant. Het gevolg is dat de draaisnelheid soms een beetje voor-, dan weer een beetje achterloopt ten opzichte van de omloopsnelheid. Op die manier is het mogelijk om vanaf de aarde een klein beetje 'om het hoekje' te kijken.

De figuur toont de beweging van de maan rond de aarde.  In positie 1 is de maan in het perigeum. We nemen 'm' als het centrum van de maanschijf op dat moment. Beeld u in dat 'm' een grote berg is op de maan. Na een kwart revolutie (27,32/4 = 8,83 dagen) bereikt de maan punt 2. Dit is niet precies 90° maar 96° verder in de baan dan positie 1. Het punt 'm' lijkt nu verplaats naar het oosten (links). (De hoek 96° is een gemiddelde waarde, verieerd tussen 95° en 98° door aantrekking van de zon)

Een halve revolutie na het perigeum bereikt de maan z'n apogeum. Dit is exact 180° verschil. Het punt 'm' bevindt zich vanaf de aarde weer exact in het centrum van de maanschijf.

Een kwart revolutie later (8,83 dagen) bevindt de maan zich in positie 4: 84° graden verwijderd van het apogeum. Het punt 'm' zien we nu in het westen (rechts) van het maanschijfcentrum.

De libratie in lengte is gemakkelijk met het blote oog te zien.  Aan de rechterkant van de maan ligt de nagenoeg cirkelvormige Mare Crisium (Zee der Kenteringen). Omdat deze 'maanzee' zo dicht bij de rand van de maan ligt, zien we haar vertekent tot een ellips. Als gevolg van de libratie in de lengte ligt Mare Crisium het ene moment echter veel dichter bij de rand van de maan dan het andere moment.  Soms zien we een langgerekte ellips, dat zich strak tegen de maanrand lijkt te drukken; een andere keer is de donkere vlek veel minder sterk uitgerekt, en ligt hij duidelijk verder van de maanrand af.

We hebben telkens verondersteld dat de waarnemer zich in het centrum van de aarde bevond. Een echte waarnemer bevindt zich op het aardoppervlak.  De richting waarin hij naar de maan kijket maakt een hoek met verbindingslijn van de centrums van de aarde en maan.  Voor deze waarnemer is het middelpunt van de maanschijf niet hetzelfde als het middelpunt van de maanschijf, gezien vanaf het middelpunt van de aardbol. Dit toposentrisch effect kan waarden bereiken tot 1°02’, wat toch niet te verwaarlozen is.

 

Fysische libratie

De hierboven beschreven libraties zijn optische effecten. De maan ‘schommelt’ niet echt.  Toch bestaat er een echte ‘schommeling’ van de maan: de fysische libratie. Het is een onregelmatigheid in de rotatie van de maan veroorzaakt door de zwaartekracht van de aarde. De diameter van de maan, gericht naar de aarde is iets groter dan de gemiddelde diameter.  De fysische libratie is echter veel kleiner dan de optische: maximum 2’ in lengte en 3’ in breedte.

 

Bronnen:
Mathematical Astrononomy Morsels,Jean Meeus
Gezichten van de maan,Govert Schilling
Manen en ringen < reis door het heelal.