Kuidas Kuu libreerib

Kui me teeksime umbes nelja nädala jooksul* Kuust iga päev ühe foto ning paneksime need kokku videoklipiks, näeksime juhtuvat midagi veidrat - Kuu tunduks taevas faaside jooksul otsekui loperdavat, pöörates ennast aeglaselt küljelt-küljele ja üles-alla. Sellist liikumist nimetatakse libratsiooniks ning kuigi meile õpetatakse maast madalast, et Kuu on meie poole alati pööratud ühe ja sama küljega, näeme me selle tõttu Maalt vaadates kuu aja jooksul siiski Kuu pinnast natukene üle poole (59%).

Nähtav libratsioon tekib kolme erineva libratsioonitüübi kombineeritud tulemusel:

• Pikkuskraadi libratsioon, mille avastas Johannes Hevelius 1648. aastal. Nagu me teame, teeb Kuu ümber oma telje ühe pöörde täpselt selle ajaga, mis tal kulub ühe täistiiru tegemiseks ümber Maa (loodeline lukustumine). Tänu pöördemomendi jäävuse seadusele Kuu pöörlemise kiirus ajas ei muutu. Küll aga muutub kiirus millega Kuu ümber Maa tiirleb. Selle põhjuseks on Kuu orbiidi kuju, mis ei ole täiuslik ring vaid pigem väljavenitatud ellips mille pärast on ta Maale vahel lähemal ja vahel kaugemal. Sarnaselt sellele, et miks näiteks Merkuur peab Päikesele lähemal asudes liikuma oma orbiidil oluliselt kiiremini kui kaugemal asuv Maa, peab ka Kuu ühe täistiiru ajal kord kiirendama (Maale lähemal) ja aeglustama (Maast kaugemal). Aga kui Kuu pöörlemine ei muutu, siis tähendab see seda, et Maalt vaadates jõuab kahe nädala jooksul Kuu liikumine pöörlemisest pisut ette, et siis kahe järgneva nädala jooksul jälle maha jääda. Selline kiirendamine-aeglustumine vastutab Kuu näilise küljelt-küljele (ida-lääne suunalise) võnkumise eest.

Liialdatud proportsioonides joonis pikkuskraadi libratsioonist.
Kuule kinnitatud nool näitab sellel asuva fikseeritud punkti suunda.

• Laiuskraadi libratsioon, mille avastas kas Galileo Galilei, Thomas Harriot või William Gilbert. Kujutatage ette tasandit, milles Kuu ümber Maa tiirleb. See on analoogne tasandiga, milles tiirleb Maa (ja teised planeedid) ümber Päikese ning mida nimetatakse ekliptikaks. Maa telg on ekliptika tasandi suhtes 23,5 kraadi kaldu ning tänu sellele on pool aastat Päikese poole rohkem suunatud meie Põhjapoolkera (meil suvi) ja pool aastat Lõunapoolkera (meil talv). Kuu on oma tiirlemistasandi suhtes samuti pisut kaldu (6,7 kraadi) ning seetõttu on Maalt pool "kuud" nähtav rohkem Kuu põhjapoolkera ja pool "kuud" lõunapoolkera. Selline "Kuu aastaaegade" vaheldumine paneb Kuu näiliselt võnkuma üles-alla (põhja-lõuna) suunas.

Joonised laiuskraadi (ülal) ja diurnaalsest (all) libratsioonist.

• Diurnaalne libratsioon. See on sarnane põhjusele, et miks me paremale-vasakule sammudes mingi eemal asuva objekti külgi paremini näeme. Vaatleja, kes vaatab Kuud ühel pool Maad näeb natukene rohkem endapoolse "nurga" taha, teine teise "nurga" taha. Tänu Maa pöörlemisele tekib sama efekt ühe päeva jooksul kui Kuu horisondi tagant tõuseb ja loojub. Kuu kauguse tõttu on selliselt tekkiv võnkumine võrreldes eelnevatega väga väike.

Detailset videot Kuu libratsioonist nähtuna põhjapoolkeralt saab vaadata siit: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=File%3AMoon_Phases_2019_-_Northern_Hemisphere_-_4K.webm#

Kollaste joonte sees olevat ala näeksime siis kui Kuu ei libreeriks.
Roheliste joonte sees olevat näeme aga iga sideerilise kuu jooksul.

*Kuu teeb ühe tiiru ümber Maa 27 ööpäeva ja 8 tunniga ning seda perioodi nimetatakse sideeriliseks kuuks. Sünoodilise kuu ehk Kuu faaside vahetumise perioodi pikkus on 29 ööpäeva ja 12 tundi. Erinevus tekib sellest, et sideerilise kuu jooksul jõuab Maa koos Kuuga Päikese ümber nii palju liikuda, et faasi täitumiseks peab Kuu orbiidil veel natukene lisaks liikuma.