ליברציה

ליברציה, באסטרונומיה, היא שם כולל למספר תופעות פיזיקליות, המאפשרות תצפית מפני השטח של גוף המוקף בלוויין נעול כבידתית על אותו לווין, כך שיותר ממחצית שטחו של הלוויין ניתנת לצפייה מהגוף המוקף. ליברציה מתייחסת בדרך כלל לתופעה הנצפית בירח אולם היא מתקיימת בגופים שמימיים רבים הנעולים כבידתית לגוף שאותו הם מקיפים. שמה של התופעה נגזר מ-"libro" (התנודדות, שיווי משקל, בלטינית) והעובדה שהליברציה היא תנועה מחזורית הלוך ושוב של פני הלוויין הנצפים. 
הליברציה של הירח מאפשרת לצפות מכדור הארץ בכ-59% מפני השטח שלו.

הסבר פיזיקלי

הנעילה הכבידתית של הירח לכדור הארץ גורמת לכך שהוא משלים סיבוב סביב עצמו בזמן השווה לזמן שבו הוא משלים סיבוב סביב כדור הארץ, כך שבאופן קבוע רק צד אחד שלו מופנה לכדור הארץ, ואילו הצד השני מוסתר. הליברציה של הירח היא שילוב של מספר תופעות שונות, המאפשרות לצפות במעט יותר מפני השטח של צד זה. שלוש העיקריות שבהן הן:

ליברציית קו רוחב

ליברציית קו רוחב נגרמת מכך שציר הסיבוב של הירח אינו ניצב למישור סיבובו סביב כדור הארץ, כפי שציר הסיבוב של כדור הארץ אינו ניצב למישור המילקה. סטיית צירו של הירח גורמת לכך שהוא מפנה לסירוגין את קוטבו הדרומי ואת קוטבו הצפוני לכיוון כדור הארץ.

ליברציית קו אורך

ליברציית קו אורך נגרמת מכך שמסלול ההקפה של הירח סביב כדור הארץ אינו מעגלי אלא אליפטי, על פי חוקי קפלר, ולכן מהירותו לאורך ההקפה משתנה. מאחר שמהירות סיבובו של הירח סביב צירו היא קבועה, הסינכרון בין שתי מהירויות אלו אינו מושלם, ובחלקים שונים של החודש מופנים לכיוון כדור הארץ לסירוגין חלקים מעט מזרחיים או מערביים של פני הירח.

ליברציה יומית

ליברציה יומית (מכונה גם ליברציה אופטית או ליברציית היסט) אינה תנודה פיזית של הירח, אלא תופעה אופטית הנגרמת מכך שעקב סיבוב כדור הארץ משתנה זווית הצפייה לכיוון הירח מנקודה נתונה. כך, בעת זריחת הירח ושקיעתו ניתן לצפות באזורים החורגים מעט לצדו המזרחי או המערבי (בהתאמה).
בנוסף, קיימות שתי ליברציות נוספות שהשפעתן פחותה:

ליברציה טופוצנטרית

ליברציה טופוצנטרית היא תופעה אופטית הזהה בסיבותיה לליברציה יומית, ובעזרתה ניתן לצופים הנמצאים באזורים צפוניים או דרומיים מאוד על כדור הארץ לצפות באזורים צפוניים ודרומיים יותר של הירח (בהתאמה). ליברציה זו אינה רלוונטית לצופה בודד.

ליברציה חופשית

ליברציה חופשית (מכונה גם ליברציה פיזיקלית) היא תנודתיות זעירה של מסת הירח בשלושת צירי המרחב במחזור שאורכו מספר שנים. תנודתיות זו נובעת ככל הנראה מפגיעות מטאוריטים גדולות שאירעו בעבר הרחוק. עוצמת הליברציה החופשית הולכת וקטנה עם הזמן עקב השפעות כבידת כדור הארץ.
לליברציה זו אין כמעט השפעה על השטח הנצפה של הירח, אולם יש לה חשיבות מדעית רבה בשל העובדה שמדידתה המדויקת מספקת מידע על חלוקת המסה של הירח והרכבו הפנימי.

היסטוריה של מדידות וחישובי ליברציה

תופעת הליברציה הייתה מוכרת כבר מימי קדם, אולם רק במאה ה-17 אפשרה המצאת הטלסקופ את מדידתה וחקירתה המדעית. בשנת 1647 פרסם האסטרונום הפולני יוהנס הווליוס את המפה הראשונה של הירח, שבה מסומנים במדויק גבולות הליברציה.
במאה ה-18 וה-19 פיתחו אסטרונומים ומתמטיקאים כלגראנז' ולפלס מודלים מתמטיים המסבירים את הנעילה הכבידתית והליברציות של הירח, במסגרת מחקריהם בתחום תנועת גרמי השמים.
פריצת הדרך במדידת הליברציה של הירח וחקירתה, בעיקר הליברציה החופשית, הייתה המירוץ לחלל שהחל באמצע המאה ה-20. במסגרת תוכנית אפולו האמריקאית ותוכנית לונוחוד הרוסית, הוצבו על פני השטח של הירח מחזירי אור לייזר אשר (בעזרת מד טווח לייזר על פני כדור הארץ) שימשו צוותי מדענים לביצוע אלפי מדידות של מרחקן של נקודות שונות על פני הירח מכדור הארץ בפרקי זמן שונים, ברמת דיוק של סנטימטרים. שימוש בכלים חישוביים מורכבים איפשר את קיזוזן של הליברציות העיקריות ומדידתן של הליברציות החופשיות, שמידתן זעירה ומחזורן ארוך ביותר. מדידות אלו מהוות כלי חשוב להבנת הרכבו הפנימי של הירח.