На небе наблюдателя, находящегося в центре обращенной к Земле стороне Луны, Земля не стоит неподвижно в зените, а в течение месяца описывает небольшой эллипс (большая ось15 градусов, малая – 13).

   Чем дальше наблюдатель находится от центра видимого с Земли лунного диска, тем ниже по отношению к  его горизонту располагается эллипс, по которому происходит видимое движение Земли.  Расстояние от центра диска до пункта наблюдения, на котором этот эллипс касается горизонта лунного наблюдателя, является пограничным: на меньшем расстоянии Земля всегда видна на небе, а на большем, в определенной полосе на поверхности Луны, можо наблюдать восходы и заходы Земли. Эта полоса окоймляет весь лунный диск, ширина ее изменяется от экватора к полюсам. Еще дальше от центра  видимого диска, за этой полосой, Земля с Луны  вообще никогда не бывает видна.

     Проследим, как происходит восход и заход Земли над горизонтом наблюдателей, находящихся на экваторе Луны в пунктах, в которых эллипс касается горизонта. С точкой касания совпадают еще две точки: восхода и захода Земли. На экваторе таких пунктов наблюдения два: вблизи левого (Л) и правого (Пр) краев видимой стороны Луны. Они интересны тем, что  в них Земля при восходе  поднимается на наибольшую высоту по сравнению с высотой подъема над любыми пунктами наблюдений на Луне. В пунктах Л  и Пр  восход Земли длится две земных недели и заход две недели.

 На экваторе Луны основную роль играет многократно   описанная  либрация по долготе. Либрация по долготе (см. рис. 1) происходит потому, что орбита Луны – не окружность, а эллипс.  Поэтому , когда Луна находится в точке орбиты А, с Земли можно увидеть, как за левым краем Луны закрыт участок  в 15  градусов по долготе (Л), а на другой части орбиты, в точке В, открыт. За правым краем видимой стороны Луны  (Пр) происходит то же самое, но в противофазе. Поэтому с Земли создается впечатление, что Луна покачивается.  Заметить это с Земли можно только при регулярных наблюдениях Луны, так как явление протекает очень медленно, и  сам поворот Луны - небольшой.

Рисунок 1

 Наблюдатель, находящийся в открывающейся и закрывающейся полосе Луны, тоже видит Землю,  ему тоже представляется, что Земля  покачивается -   восходит и заходит.

 Если бы либрация по долготе была единственной либрацией, то видимое движение Земли на набе Луны происходило бы по прямой,  для наблюдателя на экваторе Луны вверх - вниз.  Но одновременно действует либрация по широте. Поэтому эта прямая разделяется на дугу восхода и дугу захода.  Размер большой оси эллипса определяется либрацией по долготе, а малая ось этого эллипса – результат либрации Луны по широте.

     Сопоставление восходов и заходов Земли с наступлением дня и ночи на Луне и с фазами Земли позволяет более наглядно представить, что мог бы увидеть лунный наблюдатель. Еще нужно напомнить, что диск Земли на лунном небе в 14 раз больше, чем на нашем небе диск Луны, и что за то время, что Земля описывает эллипс на небе Луны, она 27 раз оборачивается вокруг собственной оси.

.       В точке А лунной орбиты  наблюдатель, расположенный на Луне в пункте  Л,  видит, что  восход Земли начинается во второй половине ночи (сутки на Луне примерно равны земному месяцу). Земля поднимается очень медленно,  при этом вид ее  изменяется.  Из-за горизонта она появляется в виде  немного  убавившейся половинки выпуклостью вверх.  Наступает утро. Постепенно «худея», Земля превращается в стареющий голубой серпик  с длинными оранжевами ножками, напоминающий арку.  Серпик становится все тоньше,  а рожки все длиннее. В полдень  на лунном черном небе Земля  выглядит  темным диском  в  красно-оранжевом ореоле. Это фаза – новоземлие.  После полудня Земля  все еще продолжает восходить и превращается в  молодой серпик в виде лодочки, а рожки над ним почти смыкаются.  При приближении к точке В лунной орбиты серп вырастает и становится почти половиной  диска Земли, Земля достигает наивысшего положения, кульминации, поднявшись над горизонтом на высоту … не выше 16 градусов.

  На Луне – вечер. Над пунктом Л  начинается такой же медленный заход Земли.  Ее освещенная часть увеличивается до полного диска (полноземлие). На Луне наступает ночь. Горы, долины и равнины освещаются призрачным голубовато-зеленоватым светом полной Земли. Она светит более, чем в 60 раз ярче, чем у нас Луна. Земля  все еще продолжает заходить, ее освещенная часть все уменьшается. Когда Луна прийдет в точку А своей орбиты  и станет чуть меньше убывающей половинки, Земля достигнет горизонта в пункте наблюдения Л. Заход окончен, следующие лунные сутки – новый восход и заход.

   На правом краю лунного диска в пункте наблюдения Пр восход Земли начинается вечером в точке В лунной орбиты, в то же  самое время, когда в пункте Л начинается заход. В лунную полночь во время полноземлия в пункте Пр Земля продолжает подниматься. На Луне наступает утро. Освещенная часть Земли уменьшается. Когда она станет немного меньше убывающуей половинки, наступит ее кульминация над пунктом Пр также на высоте  примерно 16- и градусов над горизонтом. Это произойдет в точке А лунной орбиты.  И сразу же начнется двухнедельный заход Земли, именно в то же время, когда над пунктом Л Земля  начинает свой  восход. Лунное утро, день и часть вечера Земля спускается над пунктом  Пр, достигает касания с горизонтом  в точке В лунной орбиты и начинает новый восход.

   На рис. 2 показан  эллипс видимого движения Земли в пунктах наблюдений, расположенных на экваторе Луны в полосе восходов и заходов Земли.  Видно, что  с удалением от  центра диска все большая часть эллипса опускается под горизонт, а меньшая его часть  остается над горизонтом наблюдателя (Л, Л1, Л2, Л3, Л4, Пр, Пр1, Пр2, Пр3,Пр4).  В точках пересечения эллипса с горизонтом один раз в лунные сутки происходят восходы и заходы Земли. В пунктах Л4 и Пр4 эллипс полностью уходит под горизонт.

Рисунок 2

От пункта наблюдения Л до пункта Л4 и от пункта Пр до Пр 4  кульминации Земли над горизонтом все ниже, восходы происходят все позже, а заходы все раньше, значит, уменьшается время видимости Земли над горизонтом лунного наблюдателя. При этом расстояние между точками восхода  и захода  с удалением наблюдателя от центра диска сначала увеличивается от нуля в пункте Л  до 13 градусов в пункте Л2, а затем снова уменьшается до нуля в пункте Л4, аналогично в правой стороне Луны. Восход и заход происходят в одной и той же стороне горизонта – в направлении на центр видимого диска Луны.

На рис. 3  видно,что на всех широтах Луны оси эллипса, по которому происходит видимое на небе Луны движение Земли, наклонены к горизонту тем больше, чем больше широта места наблюдения. На полюсах эллипс «лежит». На средних широтах  касается горизонта или пересекается с ним в наклонном положении, поэтому дуги восхода  и захода несимметричны. В любом направлении с удалением от центра диска все меньшая дуга эллипса остается над горизонтом, и время видимости Земли уменьшается. На всех лунных широтах картина восхода и захода Земли разворачивается в стороне горизонта, направленной к центру видимой стороны Луны.

Рисунок 3

С удалением от экватора положение земных серпиков (и других фаз)  по отношению к горизонту наблюдателя изменяется от горизонтального до вертикального. Ведь выпуклая сторона освещенной части Земли всегда обращена к Солнцу, а Солнце над экватором  суточым движением поднимается почти вертикально, а вблизи полюсов Луны – катится по горизонту. (Приведенная выше фотография Земли сделана не с поверхности Луны, а с орбиты космического аппарата).

Описание всех рассмотренных явлений намного усложнится, если учесть, что либрации  Луны – суммарный результат действия многих явлений, происходящих с разными периодами.

 Двигаясь по орбите, Луна, действительно, покачивается, так как под  влиянием приливов и отливов со стороны Земли, приобрела яйцевидную форму. Это физическая либрация.

  Причина либрации по широте  в том, что ось суточного вращения Луны наклонена к плоскости эклиптики.  Благодаря либрации по широте для земного наблюдателя то открывается, то закрывается 13 градусов поверхности Луны над верхним и нижним краями ее диска.

С Земли видно, что Луна одновременно испытывает либрацию по долготе  и по широте. В результате этих двух покачиваний центр видимого  с Земли диска Луны описывает небольшой эллипс. Поэтому лунному наблюдателю, который находится в центре видимого диска и вместе с ним перемещается по эллипсу, кажется, что на  его небе Земля описывает подобный эллипс.

Менее значительные либрации происходят потому, что движение Луны по орбите – очень сложное,  например,  изменяется наклон плоскости лунной орбиты к плоскости эклиптики,  сама орбита  Луны вокруг Земли непрерывно поворачивается в своей плоскости. С Земли наблюдаются и многие другие особенности движения Луны. Вследствие этого  параметры эллипсов, по которым происходит видимое движение Земли на небе Луны, из месяца в месяц непрерывно изменяются, эллипсы не замыкаются,  а переходят один в другой, образуя сложную спираль.