Луна повёрнута к Земле только одной стороной потому что находится в приливном захвате. Со школьных уроков всем знаком закон всемирного тяготения. По формуле, которая выражает этот закон видно, что с удалением (увеличением расстояния) притяжение убывает пропорционально квадрату расстояния, то есть быстро, да еще и с ускорением.
Fg=(M1×M2)/r²
Школьный учитель всегда скажет: «Для простоты берём расстояние между центрами тел», так как тела считаются шарообразными и однородными, а их диаметры считаются несущественными по сравнению с расстоянием. Или другими словами, тела считаются сравнительно далёкими друг от друга, как Солнце и Земля, например.
Между тем, даже школьнику должно быть понятно, что вся масса тела не сосредоточена в центре. Т.е. к Земле притягивается не центр Луны, а каждая её частичка. Чтобы понять, что же там происходит не прибегая при этом к интегралам, можно мысленно разделить Луну на две половинки — ближнюю к нам (видимую) и дальнюю — и посчитать силу притяжения для обеих (для центра тяжести полушара есть сокращённые формулы, их легко найти). Получится, что видимая половинка притягивается к Земле чуть-чуть сильнее, чем дальняя, так как она ближе. Эта разница тем сильнее, чем теснее вращаются друг к другу тела. (Это из-за того. что r стоит в квадрате)
Начиная с определённого расстояния эта разница может приводить к деформации спутника. Каждый раз поворачиваясь вокруг своей оси деформированный спутник будет преодолевать тормозящий момент сил, создаваемый этой разницей. Так работает приливное трение.
За несколько тысяч миллионов лет такого торможения Луна замедлила своё вращение настолько, что её собственная угловая скорость вращения совпала с угловой скоростью обращения вокруг Земли.
В таком положении приливное трение Луны минимально, и потому это состояние является стабильным. Дальнейшего замедления уже не происходит.
Из-за того, что орбита Луны не точно круговая, Луну раз в месяц немного заносит и она чуть-чуть показывает нам свой правый бок, а через полмесяца — левый. Эти колебания называются либрациями. Из-за них с Земли реально наблюдается не половина Луны, а в совокупности почти 60% её поверхности. Приливное трение всегда успокаивает эти либрации и по этому происходит также и стабилизация орбиты самой Луны, но это очень медленный процесс.
Расстояние (радиус орбиты) на котором начинается приливный захват можно рассчитывать. Для этого нужно знать массы двух тел, их собственные диаметры, а также плотности. Например. часто мы можем слышать о многих открытых в последнее время экзопланетах, что они тоже находятся в приливном захвате у своих звёзд. То есть всегда повёрнуты к ним только одной своей стороной.
Если вращающееся по тесной орбите тело продолжит сближение со своим компаньоном, то на некотором критическом расстоянии приливные силы (то есть разница между притяжением ближней и дальней стороны) могут превзойти гравитационные силы удерживающие это тело в целом состоянии. И тогда произойдёт разрушение спутника и образование системы колец, как у Сатурна. Паре Земля-Луна это не грозит, так как Луна не приближается, а удаляется.
Резюмируем:
1. Две половинки Луны притягиваются к Земле не одинаково. Ближняя — сильнее.
2. Эта разница достаточно велика, чтобы затормозить вращение Луны, немного деформировать её и окончательно запереть в таком относительном положении.
3. Это явление называется приливным захватом. Не только Луна находится в приливном захвате. В таком же положении кроме Луны находятся многие другие спутники в нашей Солнечной системе, а также и целые планеты в системах многих других звёзд.
