И то и другое.
Они вращаются друг вокруг друга. Орбиты двух небесных тел имеют один общий центр масс, расположенный примерно в 1600 км вглубь от поверхности Земли, так что Земля совершает три разных вращения: вокруг собственной оси, вокруг Солнца и вокруг этой точки. Запутались? Не расстраивайтесь. Сейчас подробно покажем.
Давайте посмотрим, как выглядит система Земля—Луна.
Чтобы Луна могла «показывать» Земле всё время одну и ту же свою сторону, красная точка всё время должна находиться на пунктирной линии, соединяющей центры Луны и Земли. Так что, если Луна отклонена от горизонтали выбранной нами системы отсчёта на угол α, то красная точка должна отклоняться от горизонтали на угол (α — 180°).
Однако из этого следует, что если угол положения Луны относительно Земли α — меняется, то и угол поворота Луны тоже просто обязан меняться.
Иными словами, чтобы быть повёрнутой к Земле всё время одной и той же стороной, Луна должна вращаться вокруг своей оси с той же угловой скоростью, что и вокруг Земли, но в противоположную сторону.
И вот как это выглядит в динамике (чтобы проще было отследить вращение Луны и вокруг своей оси тоже, обратите внимание на её «закреплённую копию» в правом нижнем углу иллюстрации).
А вот как это выглядело бы, если бы Луна действительно не вращалась вокруг своей оси.
