在我最近为《大众科学》撰写的文章中，我可能对你撒谎了。
为自己辩解，我与其说是撒谎，不如说是可能稍微过度简化了一点。我写道，由于地球潮汐力的影响，“月球总是以一面朝向地球”。事实证明这只是大致正确。我们实际上从地球上看到了月球总表面的约 59%， 而不是严格意义上的一半，正如您可能预期的那样。我上周没有深入探讨的是我们的卫星相对于地球的缓慢摇摆和点头运动，我们将其统称为天平动。（这不应与可能导致人们出现类似运动的祭酒（libations）混淆。）
正如我在那篇文章中解释的那样，月球每绕地球一周自转一次。这是我们星球引力不可阻挡的力量的结果，这种力量减缓了月球的自转，并将我们的卫星推得离地球越来越远，直到两个角速率匹配。（如果您想了解技术细节，我们有时称之为自旋轨道共振。）
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关当今塑造我们世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
有些人误以为月球根本不自转，但这很容易被驳斥：拿一个球形物体，例如橙子，将其放在桌子上——这将是我们的月球模型——并在其附近放置一些小物体来代表地球。现在将橙子绕另一个物体移动。如果您不旋转橙子，您会发现人造地球上的人会在一个轨道周期内看到橙子的整个表面。您必须小心地每旋转一周旋转橙子一次，以确保只看到一面，从而证明月球确实在自转，并且这种自转所花费的时间与其轨道周期相同。
总体效果是月球显然被分为两半：始终面向地球的半球，我们称之为正面，以及始终背对地球的半球，称为背面。另一个误解是背面实际上是黑暗面，但太阳在月球背面照射的时间也有一半，给它两周的光照和两周的黑暗，就像正面一样。我愿意在这里做出一些比喻性的让步，因为“黑暗”可以意味着未知或未探索；月球的大部分背面永远对地球隐藏，因此这个比喻很贴切。直到前苏联在 1959 年发射月球3号探测器绕月飞行，人类的眼睛才第一次看到月球背面的图像。
天平动是近地侧和远地侧这种二分法并不完全明确的原因。这种现象主要产生的原因是月球的轨道不是一个完美的圆形，而是相当椭圆（卵形）。近地点，即月球轨道上离地球最近的点，距离约为 356,000 公里，而远地点，即最远点，距离为 407,000 公里，相差约 13%。这意味着从地球上看，月球在近地点时看起来比远地点大约大 13%——但这也有轨道影响。
例如，月球绕行星运行的速度取决于它与行星的距离。距离越远，沿轨迹移动的速度越慢，反之，距离越近，移动速度越快。然而，由于月球是一个巨大而庞大的物体，它的自转根本不会改变；它始终以相同的速率旋转。
这意味着当月球位于远地点时，其自转速率比其实际轨道速率稍快，反之亦然，在近地点时则相反。在远地点，它将其西侧稍微更多地旋转到我们的视野中，而在近地点，我们看到其东侧稍微更多一些。我们看到的额外月球区域约为每侧 7.5 度。
因此，实际上，我们可以窥视月球近地侧的边缘——但只能窥视一点点。一种奇怪的几何效应使这难以辨别：在月球的边缘，额外的旋转主要是在直接朝向地球的方向上，因此我们看到的实际额外表面被大大地透视缩短，难以发现。对于靠近子午线的地标，即月球的中心线，将东西分开，这种效果最为明显。在那里，我们看到特征在 15 度范围内来回摇摆，这在照片中很容易发现。当我上高中时，我用望远镜和相机拍摄了很多月球照片，我记得看到危海，这是一个靠近月球东边缘的黑暗撞击特征，在一个镜头中明显比另一个镜头更靠近月球边缘。我发现了天平动！
而我发现它仅仅比天文学家约翰内斯·赫维留斯首次解释它晚了 330 年。我将接受部分荣誉。
这种效应称为经度天平动，即从东到西看到的天平动。但也有纬度天平动，从北到南。这是因为月球的轨道并非直接位于地球赤道上方，而是倾斜约五度。（这个专业术语是倾角。）当月球位于其轨道的最北点时，我们可以看到更多超出其南极的表面，而在其轨道的最南点，我们可以看到更远的背面北侧。
总之，这意味着我们可以看到比轨道完全圆形并与地球赤道对齐的情况下多 59% 的月球。在一个月的月球轨道周期中，月球似乎从东向西摇摆，从北向南点头。这种效应可以在美国宇航局每年发布的视频中清晰地看到，该视频展示了月球的物理运动和相位；由此产生的动画非常引人入胜。
我很久以前就知道天平动了，但它仍然会让我感到惊讶。我一直听说，从月球上看，自旋轨道共振意味着地球永远不会在天空中移动，仿佛被钉在一个位置上。但天平动意味着这不可能为真：事实上，这种效应使得地球在月球的天空中移动高达 15 度！如果您位于月球最东端或最西端边缘，这将非常明显；您实际上可以在每个月几个小时的过程中看到地球缓慢上升并回落到地平线以下。那将是建立旅游景点的好地方。您愿意为从舒适的地方观看地球升起支付多少钱？
在天文学中——在所有事情中——我们采用思维捷径，例如说我们只看到一半的月球，以简化情况。总的来说，这些都很好；它们帮助我们掌握可能复杂的情况。但我们需要小心，不要让这些成为过度简化，因为在发现细节中可能存在非常酷的科学和诗意的美感。