Libraatio
Näennäinen libraatio

Kuun libraatio on pääasiassa näennäinen ilmiö: Kuu ei todellisuudessa kappaleena huoju seuraavassa selostettavan suuruisia määriä, vaan kiertää elliptisellä, Maan ekliptikaan nähden kallellaan olevalla ja epäkeskisellä radalla Maata, ja Kuun oma pyörimisakseli on lisäksi hiukan kallistunut Kuun omaan ratatasoon nähden. Kuu pyörii oman akselinsa ympäri vakiokulmanopeudella. Lisäksi Maa pyörii oman akselinsa ympäri kerran vuorokaudessa. Näistä Kuun ja Maan ominaisuuksista aiheutuu libraation neljä komponenttia:
Kuun pituusasteiden suuntainen libraatio Kuun radan vuoksi: Keplerin I lain mukaan Kuu kiertää Maata elliptisellä radalla, jonka toisessa polttopisteessä on Maa. (Tarkemmin sanoen Kuu ja Maa kiertävät toisiaan, mutta yhteinen painopiste on Maan sisällä.) Kiertoradan elliptisyyden vuoksi Kuun etäisyys Maasta vaihtelee noin 10 %. Keplerin II lain mukaan Maasta Kuuhun piirretty jana jättää jälkeensä yhtä pitkinä ajanjaksoina pinta-alaltaan yhtä suuren alueen, mistä seuraa, että Kuun ratanopeus vaihtelee Kuun ja Maan välisen etäisyyden mukana. Kun Kuun pyörimisnopeus oman akselinsa ympäri kuitenkin on vakio, Kuun näkyvän puolen asento Maahan nähden näyttää kuukauden aikana välillä edistävän ja välillä jätättävän Maasta katsoen. Tämän libraatiokomponentin jakso on yksi anomalistinen kuukausi[lähde? ].
Kuun pituusasteiden suuntainen libraatio Maan pyörimisen vuoksi: Jos sama havaitsija Maassa katsoo Kuuta samana päivänä aamulla ja illalla, hän näkee Kuun vähän eri suunnasta, koska on päivän aikana pyörähtänyt Maan mukana enimmillään noin Maan halkaisijan verran eri paikkaan Kuusta katsoen. Siksi aamulla pääsee "kurkistamaan" Kuuta hiukan toisesta suunnasta kuin illalla, ja näkee siis vuorokauden mittaan vähän enemmän kuin puolet Kuusta. Tämän libraatiokomponentin jakso on yksi Maan vuorokausi[lähde? ], mutta sen näkee vain sinä keskimäärin puolen vuorokauden aikana, jolloin Kuu on taivaalla näkyvissä.
Kuun leveysasteiden suuntainen libraatio Kuun pyörähdysakselin kaltevuuden vuoksi: Koska Kuun akseli ei ole kohtisuorassa sen omaan ratatasoon nähden, vaan noin 6,5 astetta kallistunut, Maahan päin näkyy välillä enemmän Kuun pohjoisnavan seutu, välillä etelänavan. Kuu näyttää kuukauden mittaan nyökkäävän Maasta katsoen. Kyse on samasta ilmiöstä kuin Maan vuodenaikojen vaihtelussa, joka johtuu Maan akselin kaltevuudesta Maan omaan ratatasoon nähden, jolloin Auringosta katsoen välillä näkyy enemmän Maan pohjoisnavan puoli ja välillä etelänavan. Tämän libraatiokomponentin jakso on yksi sideerinen kuukausi[lähde? ].
Kuun leveysasteiden suuntainen libraatio Kuun ratatason kaltevuuden vuoksi: Koska Kuun ratataso on noin viisi astetta kallellaan Maan ekliptikaan nähden, maanpinnalta näkee välillä vähän enemmän Kuun pohjois- ja välillä eteläpuolta.
Kuun pyörähdysaika oman akselinsa ympäri on sama kuin Kuun kiertoaika Maan ympäri. Siksi Kuusta näkyy Maahan aina kokonaisuutena katsoen sama puoli, mutta libraation vuoksi kuitenkin yhteensä vähän enemmän kuin tasan puolet. Libraation mikään komponentti ei kuitenkaan johdu siitä, että Kuun pyöriminen on lukittunut Maahan nähden. Kaikki libraation komponentit olisivat olemassa ja Kuu näyttäisi huojuvan, vaikka Kuu pyörisi akselinsa ympäri nopeammin ja siis paljastaisi Maahan päin koko pintansa. Libraation vaikutus vain on selvemmin näkyvissä, kun Kuusta aina näkyy vain sama puoli Maahan, mutta libraatio hiukan laajentaa näkyvää osuutta[lähde? ].
Kuun vaiheet ja libraatio eivät kulje kuukaudesta toiseen samaan tahtiin, sillä libraatiokomponentit noudattavat anomalistista ja sideeristä kuukautta, mutta Kuun vaiheet noudattavat synodista kuukautta. Erijaksoisuuden näkee havainnollisesti esimerkiksi usean kuukauden ajalla otetuista valokuvista, joissa libraatio on eri vaiheissaan täysikuun aikaan.