Луна вращается вокруг своей оси

Если Луна вращается вокруг своей оси, то почему мы не видим ее темной стороны?
(правильно ли я понимаю, что в таком случае она должна вращаться на боку, обращаясь к нам одним своим полюсом (географическим), как яблоко, которое катиться по кругу всегда веточкой внутрь и попкой наружу?)

Тёмную сторону мы не видим лишь потому, что не способны видеть в темноте, особенно когда рядом в глаза светит яркое солнце.
Помимо вращения вокруг собственной оси Луна ещё и вокруг Земли обращается по почти круговой орбите. Согласно законам механики, при отсутствии силового влияния других небесных тел ось вращения не может изменить свою ориентацию в пространстве и всегда указывает в одну точку небесной сферы (например, земная ось северным концом многие десятки лет указывает на Полярную звезду). А поскольку мы видим лишь одну сторону Луны, то это значит, что её ось (почти) перпендикулярна орбите Луны, а период её вращения вокруг своей оси совпадает с периодом обращения вокруг Земли.
Ваш вариант с яблочком на тарелочке не подходит, потому что в таком случае лунная ось одним полюсом всегда была бы направлена на Землю и из-за движения Луны по орбите другим концом чертила бы на небесной сфере полный круг каждый месяц, что противоречит законам механики. Кроме того, даже невооружённым глазом мы видим, что очертания на поверхности луны вовсе не крутятся, а вседа ориентированы одинаково, как на карте.

Я поняла! Яблочко стоит перпендикулярно, но вращается очень медленно. И если бы на этом яблочке была дырка, мы бы её видели каждые 28 дней в одном месте, и она бы постепенно перемещалась, т.к. яблочко вращается (если не брать фазы луны, и даже с ними, можно было бы прикинуть, где находиться сейчас эта дырка). Правильно я понимаю?
И не очень поняла с законами механики. Ведь Уран тоже лежит на боку и обращен с Солнцу одним полюсом.

Насколько я Вас понял, совершенно неправильно понимаете — эта дырка была бы практически неподвижна

Лунная ось вращения перпендикулярна её орбите, да. Вокруг собственной оси она вращается не важно насколько медленно или быстро. Главное – что вращается она синхронно с движением по круговой орбите вокруг Земли – т.е. когда центр Луны описывает дугу некоторой величины (угловой меры), именно на этот угол она и поворачивается вокруг своей оси, поэтому с земли мы вседа видим одну и ту же сторону. И если на поверхности Луны нарисовать огромное светящееся пятно (вместо дырки), мы на протяжении многих столетий будем продолжать видеть его примерно на одном и том же месте, причём каждую ночь, а не раз в месяц.
Вот представьте, что вы танцуете с партнёром, причём он просто кружится, стоя на одном месте, а вы его обходите, всё время оставаясь ориентированы лицом на него. И тогда, совершив оборот вокруг него, вы ровно один оборот сделаете и вокруг собственной оси, потому что позади партнёра вы увидите все стены зала по очереди.
Уран «плавает» в космосе «на боку», но его полярная ось отнюдь не всегда на Солнце «смотрит». Ориентирована она всегда на одну и ту же точку небесной сферы, но Солнце-то при движении планеты по орбите не стоит на месте, а описывает на небесной сфере круг. Поэтому каждый из полюсов Урана освещается Солнцем лишь в течение половины периода обращения (которая длится сорок земных лет). Точно так же, как и полюса других планет, у которых ось собственного вращения косо наклонена к плоскости орбиты.

Спасибо вам за такой ответ. Мне стало сразу всё понятно и с дыркой и особенно с танцами (спасибо за такой волшебный пример). Теперь я знаю, почему Луна обращена к Земле одной стороной.
И с Ураном мне понятно: яблочко катиться сначала веточкой вперед, потом попкой. Это как у Земли: сначала одно полушарие под солнцем, потом другое. И мне надо понятно, почему Уран может лететь на боку , а Луне не положено эт о, очевидно, из-за близости Земли.
Но у меня возник другой вопрос. Что такое небесная сфера. Потому что по моим представлениям в космосе нет неба.

Звёзды, планеты и солнце на небе мы все (за исключением космонавтов и фотокамер в полёте) видим с поверхности Земли, но видим мы их лишь в двух измерениях, расстояние до них мы почувствовать не можем, поэтому ещё в древности придумали модель, что вокруг Земли на некотором расстоянии от поверхности есть воображаемая сфера, в которую вкраплены неподвижные звёзды, а солнце и планеты по ней могут перемещаться. Так вот полярная ось любой планеты показывает на этой сфере на какую-то (для каждой планеты свою) неподвижную в течение столетий точку (или звезду).
«Катится» здесь неудачное слово, потому что качение является связанным движением из-за соприкосновения катящегося предмета по опоре, а движение планеты по орбите и собственное вращение независимы – ну, за исключением Луны разве что.
Когда-то давно Луна тоже крутилась быстрее и с косо поставленной осью, но Земля высосала из неё лишнюю энергию вращения и переориентировала эту ось перпендикулярно. Наверно, причина была в более близком расположении Луны к Земле, а также в несимметричности внутренностей Луны. Меркурий как самый близкий к Солнцу вроде бы тоже медленно вокруг собственной оси вращается, да и угол наклона этой оси к плоскости орбите близок к прямому. А остальные планеты, тем более Уран, достаточно удалены, чтобы сохранять независимость.

Отвечу как геофизик — в первые десятки миллионов лет существования системы Земля-Луна вращение Луны вокруг собственной олси было замедлено приливными силами и таким образом сутки (период обращения Луны вокруг собственной оси) стали равны месяцу — периоду обращения Луны вокруг Земли.
Таким образом, поскольку эти два периода равны, то мы с Земли видим только одну сторону Луны.

Далее, совершенно непонятно выражение «темная сторона» — т.к. фазы Луны меняются, то мы постоянно видим неосвещенную Солнцем, ночную сторону Луны, а время новолуния видим полностью неосвещенную сторону Луны.

Татьяна, лунная ось почти перпендикулярна плоскости, в которой она вращается. Но Луна за один оборот вокруг Земли делает 1 оборот вокруг своей оси. Поэтому все время обращена к Земле одной стороной. Такая синхронизация является следствием т.н. приливного захвата