月球的公转时在离心力的作用下重心外偏，同时受到地球的引力作用下重心又向内偏。月球就在这两种力的作用下完成了绕自己的轴心自转。实际上，月球是相对地球自转的。而且，月球的自转周期既不是固定的也不是一成不变的。
月球静止的一面始终面对着地球，虽然它能自转，但由于旋转速度与公转速度相等，因此无论用地球作参照物还是用恒星作参照物，月球都是相对地球自转的。月球在绕地球公转的同时进行自转，周期27.32166日，正好是一个恒星月。这种现象我们称“同步自转”，这几乎是卫星世界的普遍规律。一般认为是行星对卫星长期潮汐作用的结果，这种现象也被称作潮汐锁定。
如何解释月球的自转情况
可以用“机械设计”原理中的平面构件的活动度的计算方法来解释。假如地球和月球都是绕各自的轴心旋转的天体，那么此时月球的活动度大于零，月球自然能绕自己的轴心旋转。这时，月球就是相对于地球和恒星的自转。如果在地球上想象一个可旋转的套筒，把月球和地球通过一根长杆连在一起。这种情况下，月球的活动度等于零，月球不能绕自己的轴心自转，但是月球能随套筒的转动绕地球公转，在人们看来，它的自转周期就是公转周期。如果直接将月球和地球联为一体，这时月球的活动度等于零，它不能绕自己的轴心自转，也不能相对地球公转，只能随地球定位“公转”。
从上面的三种情况来考虑，在第二种和第三种情况下，月球无论是相对地球还是相对恒星，都不能实现自转。只有在第一种情况下，月球才能绕自己的轴心自转。
对于月球的自转周期，正如前面所介绍的，是27.32166天，这也是恒星月的周期。恒星月指的是由地球到月球再到太阳的一个周期，称为回归周期，即月球回到离地球约29.5天的位置所需的时间。这个周期非常重要，对于我们来说，恒星月通常是月相、月食和日食等现象发生的基本周期。而现实情况是，月球的自转周期只是恒星月周期的近似值，就像我们一年的长度是365.24天一样。
除此之外，月球还有一个奇怪的现象，那就是月球自转周期在逐步变慢。这可能是因为其他因素的作用，比如地球引潮力的作用或热涨冷缩等因素在对月球施加的力量逐渐减弱。但总的来说，月球的自转周期是一种非常稳定的现象。
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