Mesiac

Obeh

Mesiac vykoná kompletný obeh Zeme asi za jeden kalendárny mesiac. Každú hodinu sa Mesiac posunie vzhľadom na hviezdy o vzdialenosť zhruba rovnú jeho uhlovému priemeru, približne o 0,5°. Mesiac, na rozdiel od väčšiny satelitov iných planét, má orbitu blízku rovine ekliptiky a nie rovine zemského rovníku.Niektoré spôsoby nazerania na obeh sú podrobnejšie rozobraté v nasledujúcej tabuľke, ale dva najbežnejšie sú: siderický mesiac, čo je doba úplného obehu vzhľadom na hviezdy, trvajúci asi 27,3 dní, a synodický mesiac, čo je doba, ktorú zaberie dosiahnutie rovnakej fázy, dlhá približne 29,5 dňa. Rozdiel medzi nimi je spôsobený tým, že v priebehu obehu prejde Zem aj Mesiac určitú vzdialenosť na orbite okolo Slnka.

Za jeden siderický mesiac Zem obehne okolo Slnka uhol asi 26,9° – pri pozorovaní zo Zeme to pozorujeme tak, že Slnko sa posunie o ten istý uhol po ekliptike smerom na východ, prejde približne jedno znamenie. Mesiac sa teda musí posunúť o ten istý uhol 26,9° okolo Zeme, aby sme na Zemi pozorovali rovnakú fázu. Dĺžka synodického mesiaca je 29d 12h 44 m 02,8s – 29,530 59 stredných slnečných dní.

Po ubehnutí jedného siderického mesiaca opíše Mesiac okolo Zeme 360°, no potrebuje ešte asi 2d 5h, aby sa dostal do rovnakej polohy vzhľadom na Zem a Slnko – do rovnakej fázy pozorovanej zo Zeme – do novu.Mesiac je na svojej obežnej dráhe udržiavaný gravitačnou silou Zeme. Rovnako aj Mesiac pôsobí svojou gravitačnou silou na Zem, čo sa prejavuje najmä kolísavou zmenou výšky hladín morí a oceánov. Mesiac spôsobuje svojou gravitáciou zdvih hladiny, ktorému hovoríme príliv na privrátenej strane Zeme k Mesiacu a súčasne odstredivá sila spôsobuje príliv aj na odvrátenej strane Zeme (vzhľadom na to, že aj Zem obieha okolo spoločného ťažiska s Mesiacom). Poklesu hladiny v dôsledku slabnúcej gravitačnej sily Mesiaca hovoríme odliv. Bežný interval medzi jedným a druhým prílivom je 12 hodín a 25 minút, čo je dané dobou rotácie Zeme okolo vlastnej osi a obehu Mesiaca okolo Zeme. Rozdiel výšky hladiny medzi prílivom a odlivom môže byť aj viac ako 19 metrov (Fundyjský záliv v Severnej Amerike / Kanada).

Prílivová vlna je synchronizovaná s obehom Mesiaca okolo Zeme. Synchrónnosť rotácie je presná iba v priemere, pretože mesačná orbita má istú výstrednosť. Keď je Mesiac v perigeu, jeho rotácia je pomalšia ako pohyb po obežnej dráhe, čo nám umožňuje vidieť asi osem stupňov dĺžky z jeho východnej (pravej) strany navyše. Na druhej strane, keď sa Mesiac dostane do apogea, jeho rotácia je rýchlejšia ako pohyb po obežnej dráhe, čo odkrýva ďalších osem stupňov dĺžky z jeho západnej (ľavej) strany. To sa nazýva optická librácia v dĺžke. Slapové vzdutie Zeme spôsobené mesačnou gravitáciou sa oneskoruje za príslušnou polohou Mesiaca z dôvodu odporu oceánskeho systému – najmä kvôli zotrvačnosti vody a treniu, ako sa prelieva cez oceánske dno, preniká do zálivov a ústí riek a zase sa z nich vracia. Následkom toho je časť zemského rotačného momentu pomaly premieňaná do obehového momentu Mesiaca, takže sa Mesiac pomaly vzďaľuje od Zeme rýchlosťou asi 38 mm za rok a súčasne sa tak spomaľuje rotačná doba Zeme okolo svojej osi (v geologickej minulosti trval rok aj viac ako 400 dní – dni boli kratšie). Pretože je mesačná orbita naklonená k zemskému rovníku, zdá sa, že Mesiac osciluje hore a dole (podobne ako ľudská hlava, keď kýva na súhlas) pri svojom pohybe v ekliptikálnej šírke (deklinácia). Tento jav sa nazýva optická librácia v šírke a odkrýva pozorovateľovi z polárnych oblastí Mesiaca asi sedem stupňov šírky.Na koniec, pretože je Mesiac vzdialený iba asi 60 zemských polomerov, pozorovateľ na rovníku vidí Mesiac v priebehu noci z dvoch bodov vzdialených od seba jeden zemský priemer. Táto vlastnosť sa nazýva optická librácia paralaktická a odkrýva asi jeden stupeň mesačnej dĺžky.

Zem a Mesiac obiehajú okolo ich barycentra alebo všeobecnejšie ťažiska, ktoré leží asi 4 700 km od zemského stredu (asi 3/4 cesty k povrchu). Pretože sa barycentrum nachádza pod povrchom Zeme, zemský pohyb sa dá popísať ako „hojdanie“. Ak sa pozrieme z pozemského severného pólu, Zem a Mesiac rotujú proti smeru hodinových ručičiek okolo svojich osí; Mesiac obieha Zem proti smeru hodinových ručičiek a Zem obieha Slnko tiež proti smeru hodinových ručičiek.

Môže vyzerať zvláštne, že sklon lunárnej orbity a vychýlenia mesačnej osi rotácie sú v prehľade vypísané ako významne sa meniace. Tu je potrebné poznamenať, že sklon orbity je meraný vzhľadom na primárnu rovníkovú rovinu (v tomto prípade zemskej) a vychýlenie osi rotácie vzhľadom na normál voči rovine orbity satelitu (mesačnej). Pre väčšinu satelitov planét, nie však pre Mesiac, tieto konvencie odrážajú fyzikálnu realitu a ich hodnoty sú preto stabilné.Body, v ktorých Mesiac pretína ekliptiku sa nazývajú „lunárne uzly“: severný (alebo vzostupný) uzol je tam, kde Mesiac prechádza na sever ekliptiky; južný (alebo zostupný) je tam, kde prechádza na juh. Zatmenie Slnka nastáva, ak sa uzol stretne s Mesiacom v nove; zatmenie Mesiaca, ak sa uzol stretne s Mesiacom v splne.

Isaac Asimov navrhol považovať Zem a Mesiac za „dvojplanétu“ a to preto, že napriek tomu, že Zem je mnohonásobne hmotnejšia, má na obežnú dráhu Mesiaca len 46% vplyv ako Slnko. Rovina mesačnej orbity zachováva sklon 5,145 396° vzhľadom na ekliptiku (orbitálnu rovinu Zeme) a mesačná os rotácie má stálu výchylku 1,5424° vzhľadom na normále na rovnakú rovinu. Rovina mesačnej orbity vykonáva rýchlu precesiu (čiže jej prienik s ekliptikou rotuje v smere hodinových ručičiek) počas 6793,5 dní (18,5996 rokov), z dôvodu gravitačného vplyvu zemskej rovníkovej deformácie. V priebehu tejto periódy sa preto zdá, že sklon roviny mesačnej orbity kolíše medzi 23,45° + 5,15° = 28,60° a 23,45° − 5,15° = 18,30°. Súčasne sa javí, že výchylka osi mesačnej rotácie vzhľadom na normál na rovinu obežnej dráhy Mesiaca kolíše medzi 5,15° + 1,54° = 6.69° a 5,15° − 1,54° = 3,60°. Za povšimnutie stojí, že výchylka zemskej osi tiež reaguje na tento proces a sama kolíše o 0,002 56° na každú stranu okolo svojej priemernej hodnoty; tento jav sa nazýva nutácia.