Không bao giờ nhìn thấy đầy đủ Mặt Trăng từ Trái Đất

Mặt trăng là vệ tinh tự nhiên duy nhất của Trái đất và cũng là hành tinh duy nhất mà con người đã từng đặt chân lên. Tuy nhiên nếu quan sát từ Trái đất, chúng ta chỉ có thể nhìn thấy được một phía của Mặt trăng. Bất kỳ vào thời điểm nào, một mặt của Mặt trăng luôn hướng về Trái đất, trong khi mặt còn lại chúng ta không thể nhìn thấy và được gọi là mặt tối của Mặt trăng. Vậy, tại sao chúng ta lại không thể nhìn thấy toàn bộ Mặt Trăng từ Trái Đất?

Nguyên nhân của hiện tượng này chính là do Mặt trăng nằm trên quỹ đạo quay đồng bộ đối với Trái đất, tốc độ quay của Mặt trăng trùng với quỹ đạo quay quanh Trái đất. Do đó mà cho dù Mặt trăng di chuyển đến vị trí nào so với Trái đất, cũng chỉ có một mặt của nó hướng về Trái đất.

Tuy nhiên khi mới hình thành, Mặt trăng có tốc độ quay và quỹ đạo rất khác so với bây giờ. Theo thời gian, trường hấp dẫn của Trái đất làm cho tốc độ quay của Mặt trăng dần dần chậm lại. Cho đến khi nó ổn định và trùng với quỹ đạo quay quanh Trái đất. Vậy điều gì đã khiến cho Mặt trăng có thể ổn định với tốc độ quay và quỹ đạo như hiện nay? Câu trả lời chính là do hiệu ứng ma sát xuất hiện cùng hiện tượng biến dạng thủy triều.

Như chúng ta đã biết, hiện tượng thủy triều trên Trái đất là do lực hấp dẫn của Mặt trăng gây ra. Tương tự Trái đất cũng tác dụng một lực hấp dẫn lên Mặt trăng, nhưng lớn hơn rất nhiều (khoảng 81.000 lần). Vì vậy, khi mà Mặt trăng đang cố gắng di chuyển theo đường thẳng thì Trái đất lại kéo nó về phía mình và khiến Mặt trăng trở thành một vệ tinh quay quanh Trái đất.

Lực hấp dẫn giữa hai hành tinh rất gần nhau này gây ra một hiện tượng gọi là bướu thủy triều, bề mặt của cả hai hành tinh bị biến dạng bởi lực hấp dẫn. Tạo thành một cái bướu hướng về phía hành tinh còn lại, sở dĩ nó được gọi là bướu thủy triều vì đây chính là nguyên nhân gây ra hiện tượng Thủy triều trên Trái đất.

Ban đầu khi mà Mặt trăng còn quay rất nhanh, bướu thủy triều của nó chạy trước đường nối Trái đất-Mặt trăng bởi nó không thể làm xẹp bướu đủ nhanh để giữ bướu này luôn ở trên đường thẳng đó. Lực quay khiến bướu luôn vượt quá đường nối này. Hiện tượng này gây ra mô men xoắn, làm giảm tốc độ quay của Mặt Trăng, như một lực vặn siết chặt đai ốc. Khi tốc độ quay của Mặt Trăng giảm xuống đủ để cân bằng với tốc độ quỹ đạo của nó, khi ấy bướu luôn hướng về phía Trái Đất, bướu nằm trên đường thẳng nối Trái Đất-Mặt Trăng, và lực xoắn biến mất. Điều này giải thích tại sao Mặt Trăng quay với tốc độ bằng tốc độ quỹ đạo và chúng ta luôn chỉ nhìn thấy một phía của Mặt Trăng.

Bên trái là phía luôn hướng về Trái đất, bên phải là mặt tối của Mặt trăng.

Một sự thật thú vị khác đó là không phải chúng ta chỉ luôn nhìn thấy được 50% bề mặt của Mặt trăng, mà trên thực tế chúng ta có thể nhìn thấy 59% của bề mặt Mặt trăng. Đó là do quỹ đạo của Mặt trăng quay quanh Trái đất không phải hình tròn mà là một hình elip. Khi mà khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trăng thay đổi, nó sẽ làm thay đổi vận tốc góc (vận tốc quay quanh Trái đất), trong khi vận tốc quay của Mặt trăng vẫn giữ nguyên. Kết quả là chúng ta có thể nhìn thấy thêm 9% bề mặt Mặt trăng. Nếu như quỹ đạo quay của Mặt trăng là một hình tròn thì chúng ta sẽ chỉ nhìn thấy được 50% bề mặt của nó.

Và nếu chúng ta sống đến khoảng 10 hoặc 20 tỷ năm sau, có thể chúng ta sẽ lúc nào cũng nhìn thấy Mặt trăng, hoặc là sẽ không bao giờ nhìn thấy Mặt trăng nữa. Vì sao lại như vậy? Cũng giống như những gì Trái đất đã làm với Mặt trăng, lực hấp dẫn và bướu thủy triều do Mặt trăng gây ra trên Trái đất cũng có tác dụng làm chậm vòng quay của Trái đất. Mặc dù hiệu ứng ma sát này là không lớn do lực hấp dẫn của Mặt trăng quá nhỏ, do đó mà hiện tại chúng ta không nhận thấy sự khác biệt. Tuy nhiên có thể trong vài tỷ năm nữa, cũng sẽ chỉ có một mặt của Trái đất luôn hướng về phía Mặt trăng. Điều này cũng đồng nghĩa với việc những người sống ở mặt còn lại của Trái đất (nếu con người vẫn tồn tại) sẽ không bao giờ được nhìn thấy Mặt trăng nữa.