Từ Trái Đất, dù quan sát Mặt Trăng vào những thời điểm khác nhau, chúng ta vẫn nhận ra những miệng hố, vùng sáng và các mảng tối quen thuộc trên bề mặt.
Mặt Trăng có thể xuất hiện dưới dạng lưỡi liềm, bán nguyệt hay tròn đầy, nhưng phần bề mặt hướng về phía chúng ta gần như không thay đổi.
Điều này dễ khiến nhiều bạn nghĩ rằng Mặt Trăng chỉ chuyển động quanh Trái Đất mà không tự quay. Thực tế lại hoàn toàn khác.
Mặt Trăng vẫn tự quay
Mặt Trăng hoàn thành một vòng tự quay quanh trục trong khoảng 27,3 ngày. Đây cũng gần bằng thời gian nó hoàn thành một vòng quỹ đạo quanh Trái Đất.
Chính sự đồng bộ này khiến Mặt Trăng luôn giữ gần như cùng một bán cầu hướng về phía chúng ta. Khi hoàn thành một vòng quanh Trái Đất, nó cũng vừa tự quay đúng một vòng.
Bạn có thể thử hình dung: nếu Mặt Trăng bay quanh Trái Đất mà hoàn toàn không tự quay, chúng ta sẽ lần lượt nhìn thấy các phía khác nhau của nó. Nếu Mặt Trăng quay nhanh hơn hoặc chậm hơn hiện nay, phần bề mặt hướng về Trái Đất cũng sẽ liên tục thay đổi.
Trong thiên văn học, trạng thái đặc biệt này được gọi là khóa thủy triều (tidal locking).
Tuy nhiên, chúng ta không chỉ quan sát được đúng 50% bề mặt Mặt Trăng. Do một chuyển động biểu kiến nhỏ gọi là libration, hay dao động biểu kiến, theo thời gian chúng ta có thể “nhìn quanh” một chút ở các rìa. Nhờ đó, từ Trái Đất con người có thể quan sát tổng cộng khoảng 59% bề mặt Mặt Trăng.
Điều gì đã “hãm” vòng quay của Mặt Trăng?
Để giải đáp câu hỏi này, chúng ta cần quay ngược thời gian khoảng 4,5 tỷ năm, khi Mặt Trăng còn rất trẻ.
Thời kỳ đầu, Mặt Trăng tự quay nhanh hơn hiện nay. Tuy nhiên, lực hấp dẫn của Trái Đất không tác động hoàn toàn giống nhau lên mọi phần của Mặt Trăng. Sự chênh lệch này tạo nên những biến dạng nhỏ trong cấu trúc của vệ tinh.
Khi Mặt Trăng còn quay nhanh, những biến dạng này cùng với ma sát bên trong làm năng lượng quay dần bị tiêu hao. Có thể hình dung đây giống như một chiếc “phanh” tự nhiên, khiến tốc độ tự quay của Mặt Trăng chậm dần.
Qua thời gian rất dài, Mặt Trăng đạt đến trạng thái ổn định khi chu kỳ tự quay đồng bộ với chu kỳ chuyển động quanh Trái Đất. Kết quả là một bán cầu của Mặt Trăng luôn gần như hướng về phía hành tinh của chúng ta.
Khóa thủy triều không phải hiện tượng chỉ có ở Mặt Trăng. Nhiều vệ tinh tự nhiên khác trong Hệ Mặt Trời cũng rơi vào trạng thái tương tự với hành tinh mà chúng quay quanh.
Vậy tại sao Mặt Trăng mỗi đêm lại trông khác nhau?
Nếu Mặt Trăng luôn hướng gần như cùng một phía về Trái Đất, tại sao có đêm chúng ta thấy Trăng tròn, có hôm chỉ thấy một lưỡi liềm?
Đó là do các pha của Mặt Trăng, chứ không phải Mặt Trăng đổi mặt hướng về chúng ta.
Ở mỗi thời điểm, một nửa Mặt Trăng được Mặt Trời chiếu sáng. Nhưng khi Mặt Trăng chuyển động quanh Trái Đất, vị trí tương đối giữa Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng liên tục thay đổi. Vì thế, phần được chiếu sáng mà chúng ta quan sát thấy cũng thay đổi theo.
Khi Trăng non, phần bán cầu được chiếu sáng chủ yếu quay về phía Mặt Trời nên từ Trái Đất chúng ta gần như không nhìn thấy phần sáng. Sau đó, phần sáng quan sát được tăng dần. Đến Trăng tròn, gần như toàn bộ bán cầu hướng về Trái Đất được Mặt Trời chiếu sáng.
Một chu kỳ đầy đủ từ Trăng non, qua Trăng tròn rồi trở lại Trăng non kéo dài khoảng 29,5 ngày.
Và cũng vì cả hai phía của Mặt Trăng đều lần lượt nhận được ánh sáng Mặt Trời, cách gọi “mặt tối của Mặt Trăng” không thực sự chính xác. Phần chúng ta không trực tiếp quan sát được từ Trái Đất nên được gọi là mặt xa của Mặt Trăng.
