Mengapa Bulan Selalu Memperlihatkan Sisi Yang Sama

    Mengapa kita selalu melihat sisi bulan yang sama setiap kali kita menatapnya? Jika kita melakukan pengamatan pada bulan maka kita akan temukan bahwa bulan selalu menampakkan sisi yang sama terhadap kita (bumi). Penjelasan intuitif bahwa bulan yang mengitari bumi tidak berotasi pada sumbunya sehingga wajah yang sama selalu menghadap bumi, bukanlah penjelasan yang benar. Bulan melakukan rotasi pada sumbunya. Tapi rotasinya persis secepat dia mengorbit bumi. Artinya, jika bulan telah berotasi 10% dari satu putaran rotasi penuh, maka bulan juga telah mengitari bumi 10% dari satu keliling penuh dengan periode atau waktu yang sama.

    Kita bisa mendemonstrasikannya dengan mudah. Ambil sebuah obyek bulat seperti bola atau balon. Berilah satu tanda pada sisi bola, peganglah bola tersebut dengan tangan, dan tahan bola dengan sisi bertanda di depan wajah. Sekarang, putar bola tersebut 50%. Tanda tadi sekarang harus berada di sisi yang berlawanan, dan seharusnya tidak lagi terlihat oleh mata. Jika bola ini adalah bulan, maka bola itu juga akan melakukan perjalanan mengelilingi kepala kita (anggap saja bumi) sejauh 50% dari orbitnya selama periode yang sama. Jadi tanpa perlu mengubahnya, taruhlah bola yang diputar 50% tadi di belakang kepala. Sekarang, balikkan kepala, maka akan terlihat sisi bola yang bertanda. Fenomena yang sama juga bertanggung jawab untuk fakta bahwa kita hanya melihat satu wajah bulan. Tapi mengapa hal ini terjadi?

    Jika rotasi obyek dan orbitnya terhubungkan secara langsung, seperti dalam kasus bulan, fenomena ini disebut sebagai rotasi serempak (synchronous rotation), karena rotasi bulan sinkron/serempak dengan orbitnya, dengan rasio 1:1. Dalam kasus bulan, rotasi ini sinkron karena gravitasi Bumi dan fenomena yang dikenal sebagai penguncian pasang (tidal locking) atau penguncian gravitasi (gravitational locking).

Bagaimana tidal locking bekerja?

     Penguncian pasang terjadi sebagai akibat dari gaya gravitasi yang bekerja pada tonjolan pasang (tidal bulges) bulan. Tonjolan pasang adalah tonjolan (lihat gambar) pada bulan yang diciptakan oleh gravitasi bumi yang bekerja pada permukaan bulan. Gaya gravitasi ini menyebabkan permukaan bulan terdekat dengan bumi untuk menonjol keluar, yang menyebabkan bentuk bulan terdistorsi menjadi bola elips.

    Sekarang, jika bulan tidak berotasi, gambar diatas ini akan akurat - tapi sebenarnya ada rotasi. Sebelumnya perlu diketahui bahwa gambar di atas adalah pandangan top-down. Hal ini sangat penting untuk penjelasan berikutnya. Jadi bayangkan bahwa di tengah-tengah lingkaran bumi pada gambar, kita dapat melihat Kutub Utara ada di tengahnya. Sekarang mari kita bayangkan bahwa bulan tersebut berputar searah jarum jam ...

      Jadi jika bulan berputar searah jarum jam, maka tonjolan ini akan bergerak bersama dengan rotasi searah jarum jam, yang menyebabkan tonjolan tidak sejajar lagi dengan sumbu Bulan-Bumi (garis putus-putus di atas). Periksa gambar berikutnya untuk ilustrasi.

    Karena tonjolan tidak sejajajar lagi dengan sumbu Bumi-Bulan mengakibatkan ada bagian dari tonjolan yang lebih dekat ke Bumi daripada bagian lainnya. Karena gravitasi lebih lemah pada bagian yang jauh dan lebih kuat pada bagian yang dekat, Bumi menarik pada bagian dekat tonjolan lebih dari kuat dari menarik pada bagian yang jauh dari tonjolan.

    Seperti yang kita lihat dalam gambar di atas, tarikan pada tonjolan B menyebabkan Bulan untuk memutar berlawanan arah jarum jam di sekitar poros (sumbu "vertikal" di tengah Bulan). Gaya rotasi berlawanan arah jarum jam ini, yang disebut torsi, menentang, memperlambat, dan akhirnya mencapai keseimbangan dengan rotasi alami bulan yang searah jarum jam. Ekuilibrium atau titik keseimbangan tercapai ketika rotasi Bulan diperlambat ke titik di mana tonjolan tidak lagi miring. Setelah tonjolan ini sejajar dengan sumbu Bumi-Bulan (garis putus-putus dalam gambar di atas), tidak ada gaya rotasi bersih (torsi) yang dihasilkan oleh gravitasi bumi pada tonjolan yang berbeda. Akibatnya kekuatan kontra-rotasi berhenti, dan Bulan tidak lagi melambat, lalu proses diatas berulang lagi.

    Proses diatas adalah bagaimana Bumi dapat memperlambat Bulan ke titik penguncian pasang tapi tidak memperlambatnya lebih dari itu. Lihatlah gambar dibawah untuk melihat apa yang tampak penguncian pasang telah dicapai sistem.

    Itulah mengapa wajah yang sama dari Bulan selalu hadir di langit. Ini adalah kondisi Bulan sekarang. Penguncian pasang adalah kekuatan yang berlaku untuk semua benda, termasuk Bumi. Bahkan Bulan adalah dalam proses mengunci pasang Bumi sehingga suatu saat, satu muka Bumi akan selalu menunjuk ke arah bulan. Namun proses ini memerlukan waktu miliaran tahun, sehingga kemungkinan planet kita tidak dapat bertahan hidup cukup lama untuk terjadinya peristiwa ini, tetapi efeknya adalah bahwa rotasi bumi terus-menerus melambat. Akibatnya, setiap hari akan lebih panjang daripada hari sebelumnya. Hari ini lebih panjang dari kemaren, dan besok akan lebih panjang dari hari ini. Berikut gambar lainnya untuk membantu mengilustrasikan.

     Setelah sebuah obyek terkunci secara gravitasional (ter tidal lock) kepada obyek lain, maka obyek tersebut akan seperti itu selamanya, kecuali ada gaya dari luar yang mengganggunya. Hanya butuh beberapa ratus juta tahun untuk bulan terkunci secara gravitasional ke Bumi, tapi karena bumi jauh lebih besar, proses sebaliknya (Bumi terkunci pasang ke bulan) masih berlangsung.

    Tidak ada planet di tatasurya kita yang cukup dekat dengan matahari sehingga mengalami penguncian pasang. Tetapi banyak bulan yang mengalami penguncian pasang ke planet mereka. Hanya satu "planet" yang mengalami penguncian pasang, tapi ke bulannya bukan ke matahari. Pasangan Pluto-Charon adalah pasangan yang saling mengunci pasang, karena masing-masing memiliki tarikan gravitasi yang cukup kuat terhadap lainnya dan mereka cukup dekat satu sama lain.

    Penguncian pasang sebenarnya cukup umum terjadi di alam semesta - jika ada obyek berada dalam orbit obyek lain, di mana saja di alam semesta, maka akhirnya akan terjadi penguncian pasang. Namun, jika orbit sangat elips mereka mungkin tidak terjebak dalam rasio rotasi orbit 1:1. Merkurius misalnya, mengalami penguncian pasang ke matahari dengan rasio 3:2. Itu berarti bahwa 1 hari siderial Merkurius (1 kali rotasi) lamanya adalah 2/3 tahun Mercurean, yang adalah 58 hari 15 jam 30 menit di bumi. Sedangkan dari matahari terbit ke matahari terbit berikutnya di merkurius, lamanya 2 tahun mercurean, 1 tahun siang, 1 tahun malam yang lamanya tiap tahun adalah 88 hari bumi.

    

    Jadi kalau definisi penguncian pasang adalah satu sisi obyek selalu menghadap ke obyek lain yang di orbitinya, maka merkurius bukanlah kasus tidal locking, karena rasionya bukan 1:1.