การโคจรและการหมุนของดวงจันทร์ (สงสัยมานานแล้ว)

ตอนเด็กผมนั่งมองดวงจันทร์และนึกถึงนิทานกระต่ายกับดวงจันทร์และดูมาเรื่อยๆ และเกิดความสงสัยว่าทำไมมันมีแต่ด้านที่เป็นกระต่ายหันมาตลอด อีกด้านเป็นยังแต่ก็ไม่ได้คิดอะไรมากได้แต่สงสัย เพราะไม่รู้จะหาคำตอบจากไหน และก็ลืมมันไป

หลายเดือนก่อนทำงานกะดึก ออกมานั่งสูบบุหรี่แล้วมองดูดวงจันทร์ที่เต็มดวงสวยมากและนึกถึงวัยเด็ก กับคำถามที่คาใจว่าทำไมดวงจันทร์ถึงหันแต่ด้านนี้มา จึงเปิด WIKIpedia เพื่อหาข้อมูล ลองอ่านดูครับ สนุกๆ

ดวงจันทร์ เป็นดาวบริวารเพียงดวงเดียวของโลก จัดเป็นดาวบริวารขนาดใหญ่ลำดับที่ 5 ในระบบสุริยะ มีระยะห่างจากโลกเฉลี่ยนับจากศูนย์กลางถึงศูนย์กลางประมาณ 384,403 กิโลเมตร เทียบเท่ากับ 30 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของโลก จุดศูนย์กลางมวลร่วมของระบบตั้งอยู่ที่ตำแหน่ง 1700 กิโลเมตรใต้ผิวโลก หรือประมาณ 1 ใน 4 ของรัศมีของโลก ดวงจันทร์โคจรรอบโลกในเวลาประมาณ 27.3 วัน เมื่อเปรียบเทียบการแปรคาบโคจรตามมาตรภูมิศาสตร์ระหว่างโลก-ดวงจันทร์-ดวงอาทิตย์ ทำให้เกิดเป็นเฟสของดวงจันทร์ ซึ่งจะซ้ำรอบทุกๆ ช่วง 29.5 วัน (เรียกว่า คาบไซโนดิก)

เส้นผ่านศูนย์กลางของดวงจันทร์มีค่าประมาณ 3,474 กิโลเมตร หรือประมาณหนึ่งในสี่ของโลก ดังนั้นพื้นผิวของดวงจันทร์มีน้อยกว่า 1 ใน 10 ของพื้นผิวของโลก (ประมาณ 1 ใน 4 ของผืนทวีปของโลกเท่านั้น คิดเป็นขนาดใหญ่ประมาณรัสเซีย แคนาดา กับสหรัฐอเมริกา รวมกัน) มวลรวมของดวงจันทร์คิดเป็นประมาณ 2% ของมวลของโลก และแรงโน้มถ่วงเป็น 17% ของโลก

สัญลักษณ์แทนดวงจันทร์คือ ☾ ปี พ.ศ. 2512 (ค.ศ. 1969) นีล อาร์มสตรอง และ บัซซ์ อัลดริน นักบินอวกาศขององค์การนาซา เป็นมนุษย์ 2 คนแรกที่เหยียบลงบนพื้นดินของดวงจันทร์ กฎหมายอวกาศถือว่าดวงจันทร์เป็นสมบัติร่วมกันของมนุษยชาติ ตามสนธิสัญญาที่ใช้บังคับกิจกรรมของรัฐบนดวงจันทร์ ดวงดาว และวัตถุอวกาศอื่นๆ ค.ศ. 1979

การหมุนสมวาร (Synchronous Rotation)

ดวงจันทร์มีการหมุนรอบตัวเองแบบที่เรียกว่า การหมุนสมวาร (synchronous rotation) คือคาบการหมุนรอบตัวเองกับคาบการโคจรรอบโลกมีค่าเท่ากัน (เพราะอย่างนี้นี่เองที่ทำให้เราเห็นแค่ด้านเดียว) โดยดวงจันทร์ใช้เวลาโคจรรอบประมาณ 27.3 วัน เป็นผลให้ดวงจันทร์หันด้านเดียวเข้าหาโลก เรียกด้านที่หันเข้าหาเราว่า "ด้านใกล้" (near side) ส่วนด้านตรงข้าม คือ "ด้านไกล" (far side) เป็นด้านที่เราไม่สามารถมองเห็นได้ อย่างไรก็ตาม ดวงจันทร์มีการแกว่งเล็กน้อย ทำให้เรามีโอกาสมองเห็นพื้นผิวดวงจันทร์ได้มากกว่า 50% อยู่เล็กน้อย ในอดีต ด้านไกลของดวงจันทร์เป็นด้านที่ลึกลับอยู่เสมอ จนกระทั่งถึงยุคที่เราสามารถส่งยานอวกาศออกไปถึงดวงจันทร์ได้ สิ่งหนึ่งที่แตกต่างระหว่างด้านใกล้กับด้านไกล คือ ด้านไกลไม่มีพื้นที่ราบคล้ำที่เรียกว่า "มาเร" (แปลว่าทะเล) กว้างขวางมากเหมือนอย่างด้านใกล้

ดวงจันทร์ใช้เวลาในการหมุนรอบตัวเองที่ได้จังหวะพอดีกับวิถีการโคจรรอบโลก ซึ่งเมื่อเรามองดวงจันทร์จากพื้นโลกจะมองเห็นดวงจันทร์เพียงด้านเดียวตลอดเวลา ในประวัติศาสตร์ยุคแรกของดวงจันทร์ การหมุนของมันช้าและกลายเป็นถูกล็อกอยู่ในลักษณะนี้ เป็นผลมาจากปรากฏการณ์ความฝืด และมีความสัมพันธ์กับปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงบนโลก

เมื่อนานมาแล้ว ขณะที่ดวงจันทร์ยังคงหมุนเร็วกว่าในปัจจุบัน รอบโป่งในปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงมาก่อนแนวโลก-ดวงจันทร์ เพราะว่ามันไม่สามารถดึงรอยโป่งของมันกลับคืนได้อย่างรวดเร็วพอที่จะรักษาระยะของรอยโป่งระหว่างมันกับโลก การหมุนของมันขจัดรอยโป่งนอกเหนือจากแนวโลก-ดวงจันทร์ รอยโป่งที่อยู่นอกเส้นโลก-ดวงจันทร์นี้ทำให้เกิดการบิด ซึ่งลดความเร็วของการหมุนของดวงจันทร์ลง เมื่อการหมุนของดวงจันทร์ช้าลงจนเหมาะสมกับการโคจรรอบโลก เมื่อนั้นรอยโป่งของมันจึงหันหน้าเข้าหาโลกเสมอ รอยโป่งอยู่ในแนวเดียวกับโลก และรอยบิดของมันก็จึงหายไป นี่คือเหตุผลว่าทำไมดวงจันทร์จึงใช้เวลาในการหมุนรอบตัวเองพอๆ กับการโคจรรอบโลก

มีความผันผวนเล็กน้อย (ไลเบรชัน) ในมุมองศาของดวงจันทร์ซึ่งเราได้เห็น เราจึงมองเห็นพื้นผิวของดวงจันทร์ทั้งหมดประมาณ 59% ของพื้นผิวทั้งหมดของดวงจันทร์

ภาพซ้ายคือด้านที่เรามองเห็นจากโลก  ภาพขวาคือต้องออกไปนอกโลกอ้อมไปจึงจะเห็น

ด้านที่มองเห็นจากโลกจะถูกเรียกว่า "ด้านใกล้" และด้านที่อยู่ตรงข้ามเรียกว่า "ด้านไกล" ด้านไกลของดวงจันทร์ต่างจากด้านมืดของดาวพุธคือ ด้านมืดของดาวพุธเป็นด้านที่ไม่ถูกแสงอาทิตย์ส่องเลย แต่ด้านไกลของดวงจันทร์นั้นบางครั้งก็เป็นด้านที่ได้รับแสงอาทิตย์และหันหน้าเข้าหาโลก ด้านไกลของดวงจันทร์ได้ถูกถ่ายรูปโดยยานลูน่า 3 ของโซเวียตในปี 1959 หนึ่งในลักษณะภูมิประเทศที่ทำให้สังเกตได้ว่าเป็นดวงจันทร์ด้านไกลคือมันมีที่ราบคล้ำหรือ "มาเร" น้อยกว่าด้านใกล้มาก