Lubimy patrzeć w bezchmurne nocne niebo. Ludzie robili to od najdawniejszej starożytności. W oparciu o ruch ciał niebieskich tworzyli zarówno kalendarze jak i mity. W czasach historycznych stworzyliśmy astronomię, kosmologię i astrofizykę oraz zaczęliśmy wyprawy w kosmos (na razie ten najbliższy). Ale fotografów interesuje przede wszystkim uroda nocnego nieba. Mnie też się to udzieliło. Scenerie o wschodzie i zachodzie słońca bywają wizualnie niezwykle atrakcyjne. Trzeba tylko być z aparatem w odpowiednim miejscu i o odpowiedniej porze. Koloryt tych scen pokazałem w galerii „Na Ziemi i niebie”.
Ale teraz nieco o samym Księżycu. Zacznę od nazwy własnej naszego satelity, którą piszemy z dużej litery. Wyróżniamy go w ten sposób spośród innych księżyców, jakie mogą krążyć wokół planet rozsianych we Wszechświecie. Nie jest to jego jedyna nazwa; opisywano go również słowem „miesiąc”; nadal istnieje pojęcie miesiąca księżycowego.
Przez długie wieki nie zdawano sobie sprawy, jak ważny jest Księżyc dla Ziemi i jej przyrody. Powstał około 4,5 mld lat temu z kosmicznego gruzu i pyłu w początkowym okresie kilkudziesięciu milionów lat formowania się układu słonecznego. Z zagęszczania się (akrecji) materii rosproszonej po wybuchu supernowej (co za przewrotna nazwa, bo dotyczy gwiazdy kończącej swój żywot wielkim, niezwykle jasnym wybuchem) zrodziło się Słońce, a z „resztek” rodziły się dzisiejsze planety. Był to czas zderzania się rosnących w masę planetozymali, a powstające proto-planety długi czas doświadczały wielkiego bombardowania asteroidami, kometami i meteorytami. Spośród kilku hipotez próbujących wyjaśnić powstanie Księżyca wyróżnia się możliwe zajście wielkiego zderzenia proto-Ziemi z inną, mniejszą proto-planetą (hipotetyczną Theą). Ich kolizja mogła spowodować wyrzucenie znacznej części ziemskiej masy na orbitę okołoziemska. Z krążącej wokół Ziemi materii obu ciał niebieskich uformował się Księżyc. Dzisiaj jest zimny (przynajmniej na powierzchni) i wysyła do nas tylko odbite od jego powierzchni światło słoneczne. Kiedy jednak nasz satelita rodził się przez zderzenia scalających się na skutek grawitacji odłamków skalnych jego temperatura wzrastała. W efekcie, przez długie miliony lat Księżyc był ognistą kulą gotującej się lawy, która w miarę stygnięcia tworzyła jego bazaltową skorupę.
Z pozycji ziemskiego punktu widzenia Księżyc krąży wokół Ziemi, ale prawda jest trochę inna. Ziemia i jej Księżyc krążą razem wokół wspólnego centrum (barycentrum). Jest to środek połączonych mas obu tych ciał niebieskich. Widzimy jednak tylko ruch Księżyca, ponieważ centrum połączonych mas znajduje się głęboko wewnątrz kuli ziemskiej – na głębokości około ¾ jej promienia. Decyduje o tym stosunek masy Ziemi do masy Księżyca około 81:1. Z pewnym uproszczeniem można uznać tę parę ciał niebieskich za podwójny układ planetarny.
Prędkość obrotów Księżyca na jego równiku wynosi ponad 16 km/h, a prędkość obiegowa po jego obserwowanej z Ziemi orbicie jest zawrotna, ponad 360 km/h. Dla porównania prędkość obwodowa Ziemi wokół własnej osi na równiku wynosi 1670 km/h. Jak my, ziemianie, mamy w to uwierzyć? Poza tym udowodniono, że Księżyc powoli kurczy się na skutek schładzania się jego płynnego wnętrza. Istotna jest też informacja, że Księżyc oddala się od Ziemi z prędkością około 3,8 cm rocznie. Oznacza to, że wzajemna grawitacja tych ciał niebieskich stopniowo maleje.
Odległym powolnym (nie obserwowanym w naszej ludzkiej skali czasowej) skutkiem będzie osłabianie się oceanicznych pływów, spowalnianie obrotów ziemi i wydłużanie się ziemskiej doby. Kiedy około 1,5 mld lat temu Księżyc był bardzo blisko Ziemi, ziemska doba wynosiła około 18 godzin; za 200 mln lat będzie trwała 25 godzin. Jakie inne zmiany odczują wtedy ziemianie? Jeżeli jeszcze będą zasiedlać tę tak sprzyjającą (na razie) życiu planetę.
Patrząc z powierzchni Ziemi jeden pełny obieg Księżyca po orbicie okołoziemskiej trwa 27,3 doby. Jest to tzw. miesiąc syderyczny (gwiazdowy). Żeby było ciekawiej, mamy też miesiąc synodyczny wynikający z cyklicznie powtarzających się faz Księżyca między kolejnymi nowiami, trwający 29,531 doby słonecznej. Istnieją jeszcze inne warianty kalendarzy. Na co dzień posługujemy się kalendarzem gregoriańskim wprowadzonym w roku 1582 przez papieża Grzegorza VIII. Został on opracowany w oparciu o wcześniejszy kalendarz juliański wprowadzony w imperium rzymskim na życzenie Juliusza Cezara na początku VIII wieku n.e.
Ziemski Księżyc ma kilka interesujących cech. Podlega rotacji zsynchronizowanej z obiegiem wokół Ziemi. Oznacza to, że jeden obrót Księżyca wokół własnej osi trwa tyle ile jedno jego okrążenie wokół Ziemi. Zatem Księżyc stale jest zwrócony do nas tą samą stroną. Płaszczyzna obrotu Księżyca jest odchylona do płaszczyzny ekliptyki (pozornego okręgu, po którym porusza się Słońce oglądane z Ziemi) o 5,1o. Cyklicznie występujące odchylenia osi wirowania naszego satelity (libracje) sprawiają, że nasz Księżyc chybocze się; dzięki temu w sumie widzimy więcej niż połowę, koło 59% jego powierzchni. W pewnym stopniu ilustrują to zdjęcia:
Chybotanie Księżyca wynika z nierównomiernego rozłożenia masy w jego wnętrzu, które ma zróżnicowaną strukturę i gęstość. Zróżnicowana również jest jego powierzchnia.
Ze zdjęć wykonanych przez sondy kosmiczne w ostatnich latach wiemy, że niewidziana z Ziemi ciemna strona Księżyca zdecydowanie różni się od jasnej, która jest do nas zwrócona. Jest to efektem różnicy temperatury na powierzchni jasnej i ciemnej strony Księżyca w czasie wielkiego bombardowania, kiedy formował się on bardzo blisko pra-Ziemi. W miarę schładzania zaczęła się formować jego skorupa zewnętrzna, po bardzo gorącej, zwróconej do równie gorącej pra-Ziemi stronie, była ona (i nadal jest) stosunkowo cienka. We wczesnej fazie bombardowana asteroidami i mniejszymi odłamkami skalnymi łatwo ulegała przebiciu. Doprowadzało do powstawania widocznych dzisiaj głębokich kraterów, które stanowią bardzo fotogeniczną rzeźbę widocznej z Ziemi księżycowej powierzchni na pograniczu jej zacienienia.
Po bombardowaniu asteroidami skorupa była rozrywana, co prowadziło do wylewów gotującej się lawy. Po jej zastygnięciu na powierzchni księżyca pozostały olbrzymie ciemne plamy bazaltu, które określane są jako księżycowe morza.
Niewidoczna dla nas strona Księżyca, pozbawiona ciepła gorącej pra-Ziemi, stygła dużo szybciej. Powstała tam na tyle gruba (3x grubsza) skorupa zewnętrzna, że uderzenia asteroid i innych odłamków skalnych nie były w stanie jej przebić i nie nawet powstawały kratery uderzeniowe; nie było też erupcji wulkanicznych i wylewów lawy. Jej powierzchnia pozostała stosunkowo gładka.
Powierzchnia Księżyca wykazuje dalsze anomalie. Pod pokrywającym ją pyłem wykryto wielką metaliczną plamę o średnicy około 2 000 km zawierającą żelazo, kobalt i nikiel. Prawdopodobnie jest to materiał, który tam pozostawiła asteroida, uderzając w Księżyc kiedy był jeszcze płynną kulą. Ta metaliczna inkluzja wytwarza lokalnie zwiększone pole magnetyczne.
Astrofizyków i astrobiologów bardzo interesowało, czy na Księżycu jest woda, a może też było życie biologiczne. I oto księżycowe łaziki zaczynają na te pytania odpowiadać. Zaczynają, ponieważ oczekuje się, że ostatecznie zrobią to w bliskiej przyszłości wysłani na Księżyc astronauci. Nie mniej, wiemy już, że na Księżycu jest woda; występuje w postaci lodu na biegunie północnym oraz w głębokich kraterach osłanianych wysokimi krawędziami od słonecznego ciepła.
Wracam na Ziemię. Najbardziej spektakularnymi zjawiskami są obserwowane tu zaćmienia Słońca i Księżyca. Istotną rolę w tym spektaklu odgrywa również sama Ziemia, pod warunkiem, że znajdzie się w jednej linii prostej z tymi dwoma ciałami niebiskimi. Podczas zaćmienia Słońca Księżyc w nowiu na krótko znajduje się między Ziemią a Słońcem. Chociaż jest wielokrotnie mniejszy od Słońca potrafi je zasłonić całkowicie, ponieważ jest odpowiednio blisko Ziemi. Ponieważ Księżyc oddala się od Ziemi, po miliardzie lat ziemianie utracą możliwość oglądania całkowitego zaćmienia Słońca. Czy dlatego szukają innej planety z innym Księżycem w innym miejscu Drogi Mlecznej?
Zaćmienie Słońca jest zawsze szeroko komentowane, ale dla mnie ciekawszym spektaklem jest zaćmienie Księżyca, kiedy Ziemia przesłania światło słoneczne w dotarciu na Księżyc. Na zdjęciu utrwaliłem widoczne w Polsce w roku 2015 częściowe tylko zaćmienie Księżyca:
Widoczne tu czerwone zabarwienie, określane jako krwawy Księżyc, wynika z rozpraszania krótkich fal elektromagnetycznych światła niebieskiego i zielonego przez ziemską atmosferę. Do naszych oczu dociera wtedy tylko światło czerwone, a przy zaćmieniu niepełnym, również nieco światła pomarańczowego, żółtego i nawet białego.
Żeby obserwować całkowite zaćmienia, zarówno Słońca jak i Księżyca, trzeba się znaleźć w odpowiednim czasie i w odpowiednim miejscu na Ziemi. Księżyc ma wielką moc, potrafi bowiem spowodować zaćmienie całkowite nie tylko Słońca, ale również innych gwiazd, i to znacznie bardziej skutecznie. Tyle tylko, że mój aparat tego nie uchwyci.
Co jeszcze oferuje nam nasz przyjaciel Księżyc? Rolnikom i ogrodnikom oferuje terminarz najlepszych zasiewów i nasadzeń. Niestety, oferuje również zakłócenie naszych funkcji życiowych, głównie snu. Podczas pełni niektórzy z nas nie mogą spać, a jeszcze inni nieświadomie podlegają nawet silnej presji lunatykowania. Dotychczasowe badania wpływu Księżyca na nocne nieświadomie wykonywane różne czynności, a nawet spacer, jednak nie potwierdzają.