满月上的那些深浅图案，总是出现在熟悉的位置。月球绕地球跑了一圈，怎么没有把另一面转给我们看？
直觉很容易给出一个答案：它可能根本不自转。拿一个小球在桌子中央绕一圈，却会发现事情正好相反——要始终让球上的同一个标记朝着中央，手里这只球必须跟着转。
先把两个“转”拆开
公转描述的是月球绕地球运动；自转描述的是月球自身朝向相对于远方空间的变化。判断自转，不能只盯着它是否还对着地球，也要看它朝着远方的哪个方向。
可以在模型月球的一半涂上标记，然后分别试四种情况：
| 模型里怎样运动 | 地球这一侧会看到什么 |
|---|---|
| 只公转，不自转 | 标记保持朝着远方的同一方向；绕到不同位置后，地球会看见不同的半球 |
| 固定在一个位置，只自转 | 标记转过来又转过去，地球能依次看见不同的面 |
| 同向公转与自转，周期相同 | 每公转一部分，也自转相应角度，同一半球持续朝向地球 |
| 同时公转、自转，但周期不同 | 朝向与地月连线的相对关系不断变化，原先背向地球的标记也可能转到可见一侧 |
这里的“周期相同”还包含方向上的配合。不是任意两个相同的数字，都能自动保证同一面相对。
绕一圈、也转一圈，才会一直面对中央
看下面两组示意。四个编号表示相同的轨道位置，斜线区域始终是月球上同一块标记。
上组没有自转：无论球走到哪里，标记都朝着图中相同方向。球到了地球另一边时，地球面对的就是它的另一侧。
下组在同向公转的同时自转。从位置1走到位置2，模型球也转过四分之一圈；继续走到位置3、4，标记的朝向继续改变，却一直指向中央的地球。
假如自己绕一把椅子走一圈，并始终让胸口面对椅子，从房间里的固定方向看，身体朝向也已经转了一整圈。月球的同步自转，可以先用这层几何关系来理解。[1]
周期为什么会配得这样巧
月球相对于远方恒星的自转周期，与绕地球公转的周期，都约为27.3天。这种自转与轨道运动相配合的状态，叫作同步自转，也是地月潮汐锁定的表现。
它并非只靠一次偶然的速度巧合。地球对月球远近不同部分的引力作用不一样，会使月球产生潮汐形变。形变与材料内部的耗散，能在漫长时间里改变自转状态，使它趋向与轨道运动协调。实际潮汐动力学比圆形模型复杂，但几何上的结果很直观：月球一直主要以同一半球朝向地球。[1]
这说的是月球怎样面对地球。地球仍在自转，不能据此把地球也想成始终用同一块地面朝向月球。
“主要是同一面”，不等于边缘一丝不变
真正的月球轨道不是完美圆形，轨道速度和观察角度也会变化。月面看起来会轻微地左右、上下摇摆，这叫作天平动。
借助这种变化，从地球长期累计观察，能看到的月面约占总面积的59%。这并不表示一眼能看见59%，也不表示月球每月会把完整背面转过来；多看到的主要是边缘附近一些区域。[3]
因此，“月球背面”是相对于地球说的地理区域。“从地球难以直接看清它”和“它永远没有阳光”，又是两回事。
月球背面，也会有白天
月相变化来自太阳照亮的月面部分，与我们从地球看过去的方向之间的关系。新月时，主要朝向地球的这一面较暗，背面反而有很大一部分受到照亮；到满月附近，受光关系又不同。[2]
所以，月球上用来追踪方向的彩色标记，不能同时拿来代表光照。先分清“哪块地方朝向哪里”，再讨论“太阳照亮了哪里”，许多看似矛盾的画面就能放到同一个模型里理解。