Tại sao mặt trăng luôn hướng cùng một mặt về phía trái đất?

Theo nhà nghiên cứu Đặng Vũ Tuấn Sơn, Chủ tịch Hội Thiên văn và Vũ trụ học Việt Nam (VACA), nguyên nhân của việc này là vì mặt trăng bị khóa triều với trái đất, khiến cho chu kỳ tự quay của nó trùng với chu kỳ quỹ đạo.

Theo đó, khóa triều hay khóa thủy triều (tidal locking) là hiệu ứng liên kết hấp dẫn (còn gọi là khóa hấp dẫn) giữa 2 thiên thể có quỹ đạo chuyển động quanh nhau, thường là giữa vệ tinh và hành tinh mẹ, dẫn tới việc đồng nhất chu kỳ quỹ đạo và chu kỳ tự quay của thiên thể. 

HOÀNG ĐỨC NGỌC

Ví dụ điển hình của khóa thủy triều là trường hợp mặt trăng và trái đất. Khi mặt trăng chuyển động quanh trái đất, do khoảng cách đủ gần, lực hấp dẫn của nó làm biến dạng trái đất, kéo dài trái đất theo hướng của đường nối trái đất – mặt trăng và làm chiều vuông góc bị nén lại. Đây là hiệu ứng gây ra hiện tượng thủy triều trên trái đất (trên thực tế phần đất liền cũng chịu sự biến dạng này nhưng với biên độ rất nhỏ nên không được nhận thấy). 

Ngược lại, bản thân mặt trăng cũng bị biến dạng do hấp dẫn từ trái đất. Khi trái đất quay và mặt trăng chuyển động quanh trái đất, phần đỉnh của các biến dạng này bị lệch khỏi nhau, nhưng do lực hấp dẫn giữa chúng vẫn lớn hơn giữa các điểm khác trên bề mặt hai thiên thể nên nó có xu hướng kéo cho phần biến dạng tiếp tục hướng về nhau. 

"Kết quả của việc này là sự đồng bộ chu kỳ tự quay của mặt trăng (thiên thể nhỏ hơn) với chu kỳ quỹ đạo của nó quanh trái đất. Do chu kỳ tự quay và chu kỳ quỹ đạo trùng nhau nên kết quả của việc này là làm cho mặt trăng luôn hướng cùng một mặt của nó về phía trái đất", nhà nghiên cứu lý giải.

Ông Sơn cho biết hiện tượng khóa thủy triều này cũng xảy ra tương tự với nhiều vệ tinh lớn nằm gần các hành tinh nhóm ngoài và cả giữa hành tinh lùn Pluto và vệ tinh Charon của nó. Sao Thủy cũng có khóa thủy triều với mặt trời nhưng theo tỷ lệ 3:2, tức là mỗi khi nó hoàn thành 2 vòng quỹ đạo thì nó tự quay được 3 vòng. Hiệu ứng này được ứng dụng trong công nghệ vệ tinh ngày nay để giữ cân bằng cho một số vệ tinh nhân tạo trên quỹ đạo.