Giả thuyết về sự hình thành của Mặt Trăng được chấp nhận rộng rãi nhất cho rằng: cách đây hơn 4,5 tỷ năm,[26] không lâu sau khiTrái Đất hình thành,[27] Mặt Trăng được hình thành từ các vụn văng ra sau mộtvụ va chạm giữa Trái Đất và một thiên thể khác mang tênTheia[↓ 5] cỡSao Hỏa.[29][30]
Mặt Trăng ở trongquỹ đạo đồng bộ với Trái Đất, tức là chu kỳ tự quay của Mặt Trăng bằng với chu kỳ quay quanh Trái Đất, khoảng 27,3 ngày, do đó nó luôn quay một mặt về phía Trái Đất, làmặt gần.[6]tr.123 Do hiện tượngbình động nên quan sát từ Trái Đất qua nhiều thời điểm, với mỗi thời điểm ở góc nhìn hơi khác, sẽ thấy tổng cộng nhiều hơn một nửa diện tích Mặt Trăng (59%).[3]:18 Cácpha Mặt Trăng, từtrăng tròn đếntrăng tối, tuần hoàn theo chu kỳ giao hội 29,5 ngày,[6]tr.123 tạo thành cơ sở cholịch Mặt Trăng (âm lịch).[24]tr.208-209Đường kính góc của Mặt Trăng trên bầu trời tương đương với Mặt Trời, khoảng hơn nửađộ, do đó Mặt Trăng che kín Mặt Trời trongnhật thực toàn phần.[24]tr.253Lực hấp dẫn của Mặt Trăng gây rathủy triều trên đại dương ở Trái Đất, đồng thời gây rahiệu ứng tương tự cho phần vỏ và lõi đất đá của Trái Đất, và làm cho một ngày ở Trái Đấtdài hơn một chút.[6]tr.125-128 Khoảng cách trung bình từ Mặt Trăng đến Trái Đất là khoảng 384000 km,[6]tr.19 tương đương 1,28 giây ánh sáng, hay khoảng 30 lần đường kính Trái Đất.[24]tr.223 Trong tương lai xa, khoảng cách từ Mặt Trăng đến Trái Đất sẽ tăng dần, do hiệu ứngthủy triều, và Mặt Trăng sẽ xuất hiện nhỏ dần.[6]tr.128
Trong Hệ Mặt Trời, Mặt Trăng làvệ tinh tự nhiên lớn thứ năm.[6]tr.410 Nếu xét về tỷ lệ kích thước so với hành tinh mà nó quay quanh thì Mặt Trăng đạt tỷ lệ này cao nhất trong Hệ Mặt Trời.[6]tr.388,410,412[↓ 6] Bề mặt Mặt Trăng có cácbiển Mặt Trăng là các vùng vật chất tối màu có nguồn gốc từ hoạt độngnúi lửa cũ, nằm chủ yếu ở mặt gần, giữa các vùng vỏ cũ cao sáng màu có rất nhiềuhố va chạm.[6]tr.310-312 Các hố va chạm trên Mặt Trăng được bảo quản tốt và cung cấp nhiều thông tin về quá khứ củaHệ Mặt Trời.[6]tr.303 Trọng trường ở bề mặt Mặt Trăng bằng khoảng 1/6 so với Trái Đất.[24]tr.226 Nhiệt độ thay đổi mạnh theo điều kiện nhận ánh sáng Mặt Trời, trung bình từ khoảng -180°C vào ban đêm đến trên 100 °C vào ban ngày tại xích đạo.[31] Tồn tại hàng trăm tỷ tấn nước đá ở đáy những hố va chạm gần cực, nơi vĩnh viễn không nhận được ánh nắng.[6]tr.309
Chương trình Luna củaLiên Xô đã đưa được vật thể nhân tạo đầu tiên lên Mặt Trăng là tàu không người láiLuna 2, một tàu vũ trụ được chủ đích cho đâm xuống bề mặt Mặt Trăng vào tháng 9 năm 1959.[32]tr.12-13 Sau đó vào năm 1966, tàuLuna 9 đã đổ bộ an toàn lên Mặt Trăng.[6]tr.305Chương trình Apollo củaHoa Kỳ những năm tiếp theo đã giúp con người lên Mặt Trăng, vớiApollo 8 năm 1968 lần đầu đưa người bay quanh Mặt Trăng, rồiApollo 11 vào tháng 7 năm 1969 cùng 5 chuyến bay khác sau đó đã hạ cánh với con người và thiết bị lên thiên thể này.[6]tr.305-306 Các chuyến thám hiểm này đã mang về Trái Đấtđá Mặt Trăng được dùng để nghiên cứu và bổ sung kiến thức về Mặt Trăng cũng nhưnguồn gốc hình thành của nó.[6]tr.306 Từ sau chuyến bayApollo 17 năm 1972 đến hiện tại, chỉ có các tàu không người lái đến thám hiểm Mặt Trăng.[6]tr.307
Trước hội nghị năm 1984, có các bên ủng hộ ba giả thuyết "truyền thống", một vài người bắt đầu nghiêm túc xem xét lý thuyết va chạm lớn, cùng rất nhiều người khác không có quan điểm rõ ràng và cho rằng cuộc tranh luận sẽ không bao giờ kết thúc. Sau hội nghị, cơ bản chỉ còn có hai phe: phe va chạm lớn và phebất khả tri.[30]
Mặt Trăng hình thành khoảng hơn 4,5 tỷ năm trước.[26] Nghiên cứu vềhafni vàwolfram ở vỏ Mặt Trăng gợi ý thiên thể này ra đời sauHệ Mặt Trời khoảng 50 triệu năm.[35]
Đa số các giả thuyết từ sớm về nguồn gốc hình thành Mặt Trăng theo một trong ba ý tưởng chính.[6]tr.320 Ý tưởng thứ nhất cho rằng vật chất văng ra từ Trái Đất trong thời kỳ đang hình thành bởilực ly tâm, sau đó tập hợp lại thành Mặt Trăng.[36][37] Tuy nhiên điều này đòi hỏi Trái Đất phải quay nhanh đến mức phi thực tế.[37] Ý tưởng thứ hai giả định trường hấp dẫn của Trái Đất đã thu hút thiên thể Mặt Trăng đến từ nơi khác,[38] nhưng việc này đòi hỏikhí quyển Trái Đấthấp thụđộng năng của Mặt Trăng khi nó bay tới – một khả năng rất khó xảy ra.[37] Ý tưởng thứ ba đề xuất sự hình thành cùng lúc của Trái Đất và Mặt Trăng từđĩa bồi tụ khi Hệ Mặt Trời đang hình thành.[6][37]tr.320 Phương án này không giải thích được tại sao Mặt Trăng lại có các tính chất khác với Trái Đất,[37] ví dụ như ítkim loại hơn hẳn so với Trái Đất.[6]tr.309 Ý tưởng thứ nhất và thứ ba cũng không tiên đoán đượcmômen động lượng của hệ Trái Đất – Mặt Trăng.[39]
Để giải thích thỏa đáng nhiều bằng chứng thực nghiệm, một giả thuyết khác đã được xây dựng, gọi là giả thuyết va chạm lớn.[6]tr.321[34] Giả thuyết này cho rằng hệ Trái Đất – Mặt Trăng hình thành saumột vụ va chạm lớn, lệch tâm, giữa một thiên thể có kích thước cỡSao Hỏa, tên làTheia, vớithiên thể tiền Trái Đất.[29][40] Vụ va chạm đã làm văng nhiều vật chất vào không gian, một phần rời xa Trái Đất, một phần dần tích tụ thành một đĩa bồi tụ quanh Trái Đất rồi từ đó hình thành nên Mặt Trăng.[41] Vào một hội nghị bàn về nguồn gốc Mặt Trăng năm 1984 ở Kona, Hawaii, giả thuyết va chạm lớn bắt đầu được đa số tán thành là hợp lý.[30]
Các vụ va chạm lớn được cho là có khả năng xảy ra trong giai đoạn hình thành của Hệ Mặt Trời.[6]tr.510[34] Những mô phỏng vụ va chạm lớn trên máy tính đã cho ra các kết quả phù hợp với khối lượng thực tế của lõi Mặt Trăng và mômen động lượng của hệ Trái Đất – Mặt Trăng.[34][40] Vụ va chạm đã giải phóng rất nhiều năng lượng, đủ để làm nóng chảy lớp vỏ Trái Đất và tạo nên đại dương magma.[42] Tương tự, Mặt Trăng mới hình thành cũng cóđại dương magma của nó.[43] Theo giả thuyết va chạm lớn, phần lớn Mặt Trăng được hình thành từ lớp vỏ của Trái Đất và Theia, phù hợp với thành phần ít kim loại và nhiều silicat của nó.[6]tr.321[34] Các nguyên tố dễ bay hơi được giải phóng bởi nhiệt độ cao ở giai đoạn đầu của vụ va chạm, giải thích cho việc không còn vật chất dễ bốc hơi ở trên Mặt Trăng.[6]tr.321 Nếu Mặt Trăng chứa nhiều thành phần của vỏ Trái Đất thì có thể giải thích được sự tương đồng về mặt hóa học của Mặt Trăng với vỏ Trái Đất, ví dụ như về nồng độđồng vịoxy.[6]tr.321
Giản đồ một số mô hình của giả thuyết va chạm lớn.[44]
Tuy giả thuyết va chạm lớn có thể giải thích được nhiều kết quả quan sát song vẫn còn những câu hỏi chưa được giải đáp, đa số liên quan đến thành phần của Mặt Trăng.[34][45] Năm 2001, một nhóm nghiên cứu ở Viện Carnegie tại Washington báo cáo kết quả đo đạcđặc trưng đồng vị oxy trong đá Mặt Trăng có độ chính xác cao, cho thấy tính chất giống với đá ở Trái Đất.[46] Các nghiên cứu khác sau đó cũng chỉ ra tỷ lệ đồng vịwolfram vàtitani ở vỏ Mặt Trăng giống hệt với Trái Đất.[29][47] Đá Mặt Trăng thu được trong chương trình Apollo có đặc trưng đồng vị giống với đá trên Trái Đất và khác hầu hết các thiên thể khác trong Hệ Mặt Trời.[34][48] Trong khi đó các mô phỏng về vụ va chạm lớn khẳng định trên 40% cho đến phần lớn Mặt Trăng được hình thành từ vật liệu của Theia, chứ không phải từ thiên thể tiền Trái Đất.[29][48] Để giải thích cho sự tương đồng hóa học giữa Mặt Trăng và vỏ Trái Đất, đã có các giả thuyết khác nhau được đưa ra,[47][48] bao gồm cả đề xuất xem xét lại toàn diện giả thuyết va chạm lớn.[34][45] Một số nghiên cứu cho rằng có khả năng Theia tương đồng hóa học với thiên thể tiền Trái Đất,[49] với xác suất tới 20%,[48] dù có ước lượng trước đó chỉ là chưa đến 2%.[50] Một số giả thuyết khác giải thích vỏ Trái Đất và Mặt Trăng đều được tạo ra từ cùng vật liệu được hòa trộn sau sự kiện va chạm lớn,[50][51] dù có nhà nghiên cứu nghi ngờ về khả năng này.[52] Trong mọi trường hợp, sự tương đồng hóa học chứng tỏ Mặt Trăng không hình thành ở xa và độc lập với Trái Đất.[6]tr.321
Giả thuyết va chạm lớn vẫn đang được phát triển để giải thích các quan sát ngày càng chính xác về Mặt Trăng.[34][53][54] Một ý tưởng cho rằng vật liệu văng ra từ vụ va chạm lớn ban đầu hình thành nên hai thiên thể vệ tinh của Trái Đất.[55] Sau đó, chúng nhập lại thành Mặt Trăng trong một va chạm ở tốc độ thấp.[55] Ý tưởng này giải thích được việc vỏ Mặt Trăng ở mặt xa dày hơn so với mặt gần.[55]
Mặt Trăng có hình dạng gầnellipsoid do tác động củalực thủy triều, với trục lớn lệch khoảng 30° so với phương nối đến Trái Đất.[57] Trục lớn của ellipsoid cũng lệch khoảng 30° so với trục lớn của trường trọng lực Mặt Trăng, vì trục lớn của trường trọng lực gần trùng với phương nối đến Trái Đất.[57] Hình dạng của Mặt Trăng hơi méo hơn so với mức gây ra bởi lực thủy triều hiện tại.[57]Hóa thạch hình dạng này gợi ý về lịch sử của Mặt Trăng.[57] Mặt Trăng đã nguội và đông cứng khi lực thủy triều còn mạnh, lúc nó cách Trái Đất chỉ khoảng một nửa khoảng cách hiện nay.[57] Ngày nay, nó đã quá lạnh và cứng đến mức không thể điều chỉnh hình dạng lại cho phù hợp với lực thủy triều yếu hơn ở quỹ đạo hiện tại.[57]
Vớikhối lượng riêng trung bình 3,3 g/cm³, bằng 3/5 so với Trái Đất,[24]tr.226 Mặt Trăng dường như chứa chủ yếu đất đá silicat và thiếu kim loại (như sắt) hơn hẳn Trái Đất.[6]tr.309 So với các vệ tinh tự nhiên lớn của cáchành tinh trong Hệ Mặt Trời thì Mặt Trăng có khối lượng riêng xếp thứ hai chỉ sauIo.[6]tr.410,412,423
Lõi Mặt Trăng có ít nhất một phần nóng chảy, có độ dẫn điện cao và khối lượng riêng lớn hơn lớp phủ.[7]tr.326 Tuy nhiên thành phần hóa học của lõi Mặt Trăng chưa được xác định chắc chắn.[7]tr.326 Có giả thuyết cho rằng lõi gồm hợp kim sắt-sắt sulfide-carbon nóng chảy với bán kính dưới 375 km.[7]tr.326 Cũng có giả thuyết khác chỉ ra lõi lớn hơn một chút với thành phần gồm silicat nóng chảy pha thêm sắt vàtitani.[7]tr.326 Lõi này có thể gồm phần lõi trongrắn chiếm khoảng 40% thể tích, và phần lõi ngoàinóng chảy chiếm khoảng 60% thể tích.[58]
Bao quanh lõi là phần trong của lớp phủ có bán kính khoảng 480 km đến 587 km, một phần cũng bị nóng chảy.[7]tr.325[58] Cấu trúc lớp phủ ở tầng trên được cho là đã hình thành theo cơ chếkết tinh từ một đại dương magma tồn tại ngay sau khi Mặt Trăng hình thành vào khoảng 4,5 tỷ năm trước.[7]tr.221[26] Quá trình đại dương magmakết tinh đã tạo ra lớp phủultramafic có mật độ cao, chứa nhiềuolivin vàpyroxen, nằm dưới một lớp vỏplagiocla nhẹ nổi lên và bao phủ bề mặt toàn cầu.[7]tr.223 Những phần chất lỏng cuối cùng hóa rắn nằm giữa lớp vỏ và lớp phủ, chứa nhiều các thành phần tỏa nhiệt và không tương thích nhau về mặt hóa địa chất.[7]tr.224 Các mẫuđá lấy từbiển Mặt Trăng, vốn là dung nham hóa rắn từng phun trào ra bề mặt từ lớp phủ nóng chảy một phần, xác nhận thành phần lớp phủ ultramafic.[7]tr.223[6]tr.312
Quá trình hình thành nêu trên tạo ra lớp vỏanorthosit, một kết quả phù hợp với các đo đạc tại chỗ và viễn thám.[7]tr.223[6]tr.311[20] Sau khi khoảng ba phần tư đại dương dung nham đã kết tinh, các khoáng chấtplagiocla nhẹ hơn bắt đầu hình thành và nổi lên trên tạo thành lớp vỏ.[7]tr.224[59] Lớp vỏ dày khoảng 50 km.[7]tr.283 Các mẫu đá trên vỏ Mặt Trăng đều có tuổi từ 3,3 đến 4,4 tỷ năm, cổ hơn hầu hết đá Trái Đất, và phù hợp với mô hình kết tinh đại dương dung nham.[6]tr.310[7]tr.282
Bản đồ địa hình Mặt Trăng.[60] Đặc trưng nổi bật ở nam mặt xa làBồn địa Nam cực - Aitken - vùng trũng gần tròn, tô màu xanh tím.[61]
Địa hình Mặt Trăng đã được đo bằnglaser vàxử lý ảnh stereo.[62] Một đặc trưng địa hình nổi bật làbồn địa Nam cực - Aitken ở phía nam mặt xa Mặt Trăng.[63] Đây là hố va chạm lớn nhất trong Hệ Mặt Trời với đường kính 2500 km.[64] Bồn địa này chứa điểm sâu nhất trên Mặt Trăng có độ sâu khoảng 13 km so với vùng xung quanh rìa.[60][64] Điểm cao nhất trên Mặt Trăng nằm ngay phía đông bắc bồn địa này,[60] thuộc khu vực có thể được nâng lên do vụ va chạm nghiêng mà đã tạo ra bồn địa Nam Cực – Aitken.[65] Các bồn địa nổi bật khác hình thành từ các vụ va chạm lớn trong thời kỳ đầu của Mặt Trăng gồm cóbiểnMưa,Trong Sáng,Khủng Hoảng ở mặt gần vàĐông Phương ở ranh giới của hai mặt[6]tr.312[24][66]tr.225 – chúng đều có phần trung tâm sâu và phần rìa cao.[60][64] Mặt xa cao hơn mặt gần trung bình khoảng 1,9 km.[7]
Liên đoàn Thiên văn Quốc tế khuyến nghịkinh tuyến gốc của hệ tọa độ địa lý Mặt Trăng đi qua điểm trung tâm trung bình của mặt gần Mặt Trăng.[67][68] Trong hệ tọa độ này, hố va chạm nhỏ bé mang tênMösting A có tọa độ 3,18°Nam, 5,16°Tây, cùng với một số đặc điểm địa hình khác, được dùng để đối chiếu vị trí vẽ bản đồ.[69][70]
Tàu quỹ đạo Trinh sát Mặt Trăng năm 2010 đã phát hiện ra các váchđứt gãy chờm trên bề mặt Mặt Trăng, cho thấy rằng Mặt Trăng có thể đã co ngót lại trong thời kỳ địa chất gần đây.[71] Các dấu hiệu co ngót tương tự cũng đã được quan sát trênSao Thủy.[72] Một nghiên cứu thực hiện với 12000 bức ảnh chụp được từ tàu quỹ đạo cho thấybiển Lạnh ở gần cực bắc, một bồn địa vốn được cho là đã ngừng tiến hóa về mặt địa chất giống như các biển Mặt Trăng khác, đang nứt và dịch chuyển.[73] Mặt Trăng không có các mảng kiến tạo[7] cho nên hoạt động địa chất ở đây chỉ là sự hình thành các vết nứt chủ yếu do sự co ngót của toàn Mặt Trăng khi nó nguội dần[74] và một phần do lực thủy triều.[74]
Bản đồ địa chất mặt gần Mặt Trăng.[75] Màu đỏ ở bản đồ ứng với các vùngbazan của biển Mặt Trăng.[75]Niên đại địa chất Mặt Trăng.[76]tr.277-278
Các vùng trên bề mặt Mặt Trăng có màu sẫm và tương đối bằng phẳng như những đồng bằng, không có đặc điểm địa hình nổi bật, đủ lớn để có thể nhìn thấy bằng mắt thường từ Trái Đất, được gọi là các biển Mặt Trăng vì trước đây đã có giả định rằng những vùng này có nước.[77]tr.19-20[6]tr.310 Giả thuyết được chấp nhận hiện tại cho rằng các vùng này từng là bồn địa chứa dung nham cổ, nay đã nguội lạnh thànhbazan tối màu.[6]tr.312 Bazan trên Mặt Trăng có thành phần tương tự lớp vỏ bên dưới đại dương Trái Đất hoặc dung nham phun trào từ núi lửa Trái Đất[6]tr.312 nhưng rất thiếu khoáng chất.[7] Các dòng dung nham đã phun trào ra bề mặt và chảy vào cáchố va chạm lớn trong thời đầu lịch sử Mặt Trăng.[6]tr.312 Biển che phủ 17% diện tích Mặt Trăng và hầu hết nằm ởmặt gần,[6]tr.312 biển ởmặt xa chỉ chiếm khoảng 1% bề mặt.[78]
Một số biển ở mặt gần chứa cácvòm núi lửa mà có thể hình thành từ magma có độ nhớt cao hơn đáng kể.[79] Bản đồ hóa địa chất Mặt Trăng, đo bởi phổ kế gamma của vệ tinhLunar Prospector, cho thấy mặt gần Mặt Trăng có nồng độ cao hơn các nguyên tố hóa học có khả năng sinh nhiệt nằm bên dưới lớp vỏ, gợi ý về khả năng vùng nằm dưới lớp vỏ này đã từng nóng hơn và dễ phun trào dung nham hơn, giải thích cho việc mặt gần có nhiều biển hơn.[59][80] Đa số bazan hình thành nên các biển nhỏ nằm xen kẽ giữa các vùng cao đã phun trào trongkỷ Mưa, 3,2–3,8 tỷ năm trước, còn riêng ởbiển Mưa vàĐại dương Bão, hoạt động phun trào đã kéo dài từ 4,2 đến khoảng 1 tỷ năm trước.[59] Theo một nghiên cứu định tuổi bằng phương phápđếm hố va chạm ở vùng Đại dương Bão thì lần cuối cùng dung nham trào lên bề mặt là cách đây 1,2 tỷ năm.[81] Năm 2006, một nghiên cứu đã phát hiệnhố va chạm Ina trong biểnHồ Hạnh Phúc có những đặc điểm trẻ với tuổi chỉ khoảng 10 triệu năm.[82] Các trậnđộng đất cùng hiện tượng thoát khí ra bề mặt cho thấy một số hoạt động địa chất của Mặt Trăng vẫn tiếp tục.[82] Một nghiên cứu năm 2014 sử dụng ảnh chụp củaTàu quỹ đạo Trinh sát Mặt Trăng đã chỉ ra những vùng có tuổi ít hơn 100 triệu năm.[83] Có khả năng lớp phủ của Mặt Trăng nóng hơn đã biết, ít nhất là ở mặt gần, tại những nơi có nhiều nguyên tố phóng xạ sinh nhiệt bên dưới lớp vỏ.[83][84] Ởbồn địa Đông Phương, hoạt động núi lửa kéo dài chứng tỏ lớp phủ bên dưới vùng này ban đầu nóng và/hoặc có nhiều nguyên tố sinh nhiệt.[85]
Các khu vực có màu sáng hơn trên Mặt Trăng được gọi là cácvùng cao bởi chúng có độ cao lớn hơn hầu hết biển Mặt Trăng.[7] Vùng cao có thành phần chủ yếu làplagioclatích lũy từ đại dương dung nham cổ của Mặt Trăng, do nhẹ hơn nên nổi lên cao từ rất sớm cách đây đến 4,4 tỷ năm.[6][7]tr.311 Do hình thành sớm nên vùng cao có một quãng thời gian dài hứng chịu sự bắn phá từ những mảnh vụn vũ trụ, dẫn đến mật độ cực cao hố va chạm.[6]tr.311 Khác với Trái Đất, không có ngọn núi lớn nào trên Mặt Trăng được cho là hình thành bởi sự dịch chuyển của các mảng kiến tạo.[6]tr.310[7] Tổng diện tích vùng cao chiếm 83% bề mặt Mặt Trăng.[6]tr.311
Việc mặt gần có nhiều biển trong khi mặt xa có nhiều núi có thể được giải thích bởi một vụ va chạm ở tốc độ thấp giữa Mặt Trăng với một vệ tinh tự nhiên thứ hai của Trái Đất, chừng vài chục triệu năm sau khi hệ Trái Đất và Mặt Trăng hình thành.[55]
Vùng cao cổ đại của Mặt Trăng với nhiều hố va chạm, chụp bởi các nhà du hành vũ trụApollo 11, NASA.[6]tr.311
Khi nhữngtiểu hành tinh vàsao chổi va chạm với bề mặt Mặt Trăng, các hố va chạm hình thành và bề mặt chịu tác động đáng kể.[86] Theo ước tính chỉ riêng mặt gần của Mặt Trăng đã có khoảng 300.000 hố rộng hơn 1 km.[77]tr.13Niên đại địa chất Mặt Trăng căn cứ vào những sự kiện va chạm nổi bật nhất ở bồn địaMật Hoa,Mưa,Đông Phương[76]tr.123 và đại diện bởi tuổi củahố va chạm Copernicus vàEratosthenes.[76]tr.249 Đây là những cấu trúc để lại các dấu hiệuđịa tầng học qua các ảnh chụp, chẳng hạn như mảnh văng từ hố Eratosthenes nằm trên nền biển xung quanh còn vật liệu bắn ra từ Copernicus lại chồng lên Eratosthenes.[76]tr.249 Việc không có khí quyển, thời tiết và những quá trình địa chất gần đây đã giúp cho đa số hố giữ nguyên trạng từ lúc hình thành.[6]tr.303,[1][liên kết hỏng] Chỉ có ít cấu trúc địa chất trên Mặt Trăng được định tuổi chính xác bằng phương pháp đo đặc trưng đồng vị,[76]tr.168-169,177-178,212 các khu vực còn lại được so sánh tuổi với các cấu trúc này bằng phương pháp khác như đếm số hố va chạm.[76]tr.135 Nếu giả định rằng các hố va chạm xuất hiện dần theo thời gian với tốc độ nhất định thì việc đếm số hố trên mỗi đơn vị diện tích rồi so sánh giữa các khu vực khác nhau có thể giúp so sánh tuổi giữa chúng.[76]tr.129
Quá trình tạo hố va chạm: (1) va chạm; (2) mảnh va chạm vỡ và bốc hơi tạo sóng sốc ở bề mặt (3) vật liệu văng ra (4) vật liệu rơi xuống, phủ lên hố.[6]tr.316
Các hố va chạm trên Mặt Trăng đều có hình tròn do tốc độ cao của các mảnh vụn vũ trụ khi va chạm sẽ tạo ra hiệu ứng giống các vụ nổ, tác động đều ra mọi hướng xung quanh.[6]tr.315 Khi mảnh va chạm lao xuống bề mặt, nó thâm nhập tới độ sâu khoảng 2 đến 3 lần đường kính mảnh va chạm, tạo rasóng xung kích và nhiệt làm nứt tầng đá nền bên dưới và bốc hơi lớp silicat bề mặt.[6]tr.316 Lớp đất bị bốc hơi giãn nở nhanh, tạo ra vụ nổ như bom hạt nhân, khoét một hố trên bề mặt có đường kính khoảng 10 đến 15 lần đường kính mảnh va chạm và đẩy vật liệu ra rìa, tạo nên vành tròn ngoài dâng cao.[6]tr.316 Sóng xung kích trong lớp vỏ phản hồi lại làm dâng đất đá trong hố, khiến đáy hố trở nên phẳng và đôi khi nhô lên ở giữa.[6]tr.316 Các vụ lở đất ở gần vành tạo nên cấu trúc dốc dạng bậc thang.[6]tr.316 Những mảnh vật liệu bị văng lên cao do vụ nổ sau đó rơi xuống một vùng có đường kính cỡ gấp đôi đường kính hố va chạm.[6]tr.316 Các mảnh to và bay nhanh rơi cách xa hố và thường tạo ra thêm hố nhỏ.[6]tr.316
Phủ bên trên bề mặt Mặt Trăng làlớp đất mặt gồm đá bị tán vụn có nguồn gốc từ va chạm.[6]tr.314 Cứ sau mỗi sự kiện va chạm thì chúng lại vỡ vụn thành những mảnh nhỏ hơn.[6]tr.314Đất Mặt Trăng có thành phần chiếm gần nửa làsilica và các thành phần khác là một số oxit kim loại.[56][87] Lớp đất mặt của những bề mặt cổ tại vùng cao nhìn chung dày hơn, trung bình khoảng 10-15 mét; trong khi tại các bề mặt trẻ ở biển, đất mặt chỉ dày 4-5 mét.[9]tr.88,93,286 Bên dưới lớp đất mặt tán mịn là lớp các mảnh vỡ lớn văng ra từ các vụ va chạm và đá móng nứt gãy dày từ vài đến vài chục kilomet.[9]tr.92-93 Bản thân lớp đất mặt cũng thường được phân làm hai địa tầng: tầng trên nằm ngay bề mặt, dày cỡ vài đến vài chục xăngtimét và chứa các hạt đã được trộn đều; tầng dưới có các lớp khác nhau chưa được trộn lẫn, hình thành từ các sự kiện va chạm trong quá khứ.[9]tr.337
Tốc độ sinh hố va chạm ở Mặt Trăng theo thời gian.[6]tr.320
Trong ba tỷ năm qua, tốc độ sản sinh hố là một hố đường kính 1km mỗi 200 nghìn năm, một hố đường kính 10 km mỗi vài triệu năm, và một đến hai hố đường kính 100 km mỗi tỷ năm.[6]tr.319 Tốc độ sản sinh hố cao hơn gấp nhiều lần trước thời điểm cách đây gần 4 tỷ năm.[6]tr.319 Tuổi của đá nóng chảy do va chạm thu thập từ các hố va chạm trongchương trình Apollo gợi ý về sự kiệnbiến cố Mặt Trăng diễn ra khoảng 3,9 tỉ năm trước, với sự xuất hiện nhiều bất thường các tiểu hành tinh va chạm với các thiên thể ở vòng trong của Hệ mặt trời,[88] mặc dù có nghi vấn về giả thuyết này.[89]
Việc so sánh những hình ảnh doTàu quỹ đạo Trinh sát Mặt Trăng chụp cho thấy tốc độ sản sinh hố hiện tại nhanh hơn đáng kể ước tính trước đây, đặc biệt là với các hố nhỏ có kích cỡ trên chục mét.[90] Khi va chạm xảy ra, những mảnh vật liệu nóng chảy hoặc bốc hơi văng ra ngoại biên với góc nhỏ và tốc độ rất cao.[90]tr.216-217 Cơ chế này khuấy động hai xăngtimét lớp đất mặt trên cùng ở thang thời gian 81.000 năm,[↓ 7] nhanh hơn một trăm lần so với các mô hình lý thuyết trước đây.[90]
Các vụ va chạm lớn nhỏ gây xói mòn khiến núi non trên Mặt Trăng đều có bề mặt nhẵn trơn và độ cao thấp, giống những núi cổ nhất trên Trái Đất.[6]tr.311
Các xoáy Mặt Trăng là các vùng có đặc điểm địa chất kỳ dị nằm rải rác khắp bề mặt của Mặt Trăng.[91] Chúng có suất phản chiếu cao, có đặc điểm quang học của bề mặt mới hình thành gần đây và thường có các đường tối uốn lượn xen giữa những vùng sáng.[91] Từ trường ở bề mặt các xoáy đều mạnh tuy nhiên không phải mọi vùng bất thường từ trường đều có xoáy.[91]
Video thể hiện các vùng tối vĩnh cửu trên Mặt Trăng được xây dựng dựa trên dữ liệu từ Cao độ kế Laser củaTàu quỹ đạo Trinh sát Mặt Trăng.[92]
Nước lỏng không tồn tại trên bề mặt Mặt Trăng.[6]tr.309[93] Với điều kiện trên bề mặt, nước sẽ bị bức xạcực tím từMặt Trờiquang phân thành các chất khác.[94][95] Ngay cả nước ngậm trong đất đá cũng bịgiải hấp bởi tia cực tím của Mặt Trời.[94] Môi trường tự nhiên của Mặt Trăng không hỗ trợsự sống vì bức xạ Mặt Trời mạnh, gần như không có khí quyển, nhiệt độ cao vào ban ngày, cùng bức xạion hóa.[96][97] Tổng lượng vi sinh vật mà các tàu vũ trụ đã mang lên Mặt Trăng trong các nhiệm vụ thám hiểm có tiếp xúc với bề mặt là khoảng 4,57×1010 tế bào hoặc bào tử, nhưng hầu hết được cho là không thể sống quá mộtngày Mặt Trăng (29,5 ngày Trái Đất).[97] Tuy nhiên vào năm 2019, ít nhất một hạt giống đã nảy mầm ở một thí nghiệm trong môi trường có kiểm soát của tàu đổ bộThường Nga 4.[98]
Từ những năm 1960, đã có giả thuyết về sự tồn tại của nước đá ở các hố va chạm lạnh lẽo luôn bị khuất trong bóng tối ở hai cực.[93] Trục quay của Mặt Trăng đã ổn định trong vài tỷ năm trở lại đây[99][100] và ở hai cực có những hố không nhận được ánh sáng Mặt Trời trong suốt thời gian này.[101] Chúng có thể chứa nước đá đến từ sao chổi, gió Mặt Trời, hoặc các tầng đá bên dưới.[101] Các mô phỏng trên máy tính năm 2003 gợi ý khoảng 14.000 kilomét vuông diện tích Mặt Trăng có thể nằm trong bóng tối vĩnh cửu.[102] Các kế hoạchđịnh cư trên Mặt Trăng của con người phụ thuộc đáng kể vào lượng nước có sẵn tại đây khi mà phương án vận chuyển nước từ Trái Đất tỏ ra không khả thi.[103]
Những phát hiện gần đây đã xác nhận sự tồn tại của nước trên bề mặt Mặt Trăng.[6]tr.309 Năm 1998, phổ kế neutron trên tàu vũ trụLunar Prospector chỉ ra dấu hiệu hydro trong nước đá nằm dưới lớp đất mặt vài chục xăngtimét ở các hố tối vĩnh cửu gần cực.[104] Thủy tinh núi lửa được mang về từ Mặt Trăng cũng chứa lượng nước nhỏ.[105] Tồn tại nước ở dạng liên kết hóa học trong đá Mặt Trăng.[6]tr.309 Vào năm 2008 phổ kếM3 của tàu vũ trụChandrayaan-1 đã phát hiện sự tồn tại của nước ở cả các bề mặt được Mặt Trời chiếu sáng.[106] Năm 2009,LCROSS cho một tên lửa hết nhiên liệu đâm xuống vùng tối vĩnh cửu tronghố va chạm Cabeus gần cực nam và phát hiện khoảng 155 kg nước trong luồng khói bụi bốc lên từ vụ va chạm.[107]
Sự phân bổ nước đá ở các cực Mặt Trăng; bên trái là cực nam, bên phải là cực bắc.[108]
Vào năm 2011 một thí nghiệm đã đo được 615 đến 1410 ppm nước trongbao thể nóng chảy của mẫu đá chứa magma cổ ở Mặt Trăng, cho thấy một số phần bên trong Mặt Trăng có lượng nước tương đương lớp phủ trên của Trái Đất.[109] Việc phân tích lại dữ liệu phổ phản xạ của máy đoM3 vào năm 2018 đã khẳng định sự tồn tại của nước đá trong vòng vĩ độ 20° ở cả hai cực.[108] Dữ liệu cho thấy ánh sáng phản xạ đặc trưng của nước đá, khác hẳn so với ánh sáng từ hydroxyl, nước ở thể khác, hay các bề mặt phản xạ khác.[108] Nước đá có nhiều hơn ở cực Nam, tại các khu vực nằm trong bóng tối lâu nhất.[108]Tàu quỹ đạo Trinh sát Mặt Trăng xác nhận nhiệt độ rất thấp trong một số hố va chạm và chụp được ảnh nhờ ánh sáng của sao.[6]tr.309 Tổng lượng nước ở các hố này vào khoảng hàng trăm tỷ tấn.[6]tr.309
Cuối năm 2020, các nhà thiên văn phát hiệnphân tửnước ở phần bề mặt được chiếu sáng của Mặt Trăng bằng thiết bịSOFIA.[110] Những khe hở nhỏ khuất tối trong đất đá, ở cả vùng đất được chiếu sáng với vĩ độ trên 80, được cho là chiếm tới khoảng 10–20% diện tích tối vĩnh cửu chứa nước đá của Mặt Trăng.[110][111]
Bản đồ trọng lực bề mặt Mặt Trăng củaGRAIL.[112] Vùng màu đỏ là trọng trường mạnh, màu xanh là trọng trường yếu hơn.[112]
Trường hấp dẫn của Mặt Trăng đã được đo từ những năm 1960 thông qua ảnh hưởng lên quỹ đạo của các tàu không gian gần Mặt Trăng, với gia tốc của các tàu được xác định nhờdịch chuyển Doppler của sóng vô tuyến liên lạc giữa tàu và Trái Đất.[113] TàuLunar Prospector đã vẽ bản đồ trọng trường của mặt gần vào những năm 1998-1999.[114] Năm 2013, bản đồ trường hấp dẫn cho toàn bộ bề mặt Mặt Trăng đã được thiết lập chi tiết bởi cặp tàu quỹ đạoGRAIL.[112] Gia tốc trọng trường của Mặt Trăng có nhữngvùng cực đại tại một số bồn địa va chạm khổng lồ, một phần do mật độ khối lượng lớn của bazan biển lấp đầy những bồn địa đó.[112][113][114][115] Tuy vậy, một số vùng cực đại không nằm gần khu vực có bazan biển.[114]
Gia tốc trọng trường trung bình trên bề mặt Mặt Trăng là 1,63 m/s2, bằng khoảng 1/6 gia tốc trọng trường Trái Đất.[24]tr.226 Một người mặc bộ đồ phi hành giaApollo 11 kèm hệ thống cung cấp dưỡng khí nặng tổng cộng 91,3 kg[116] sẽ cảm thấy như chỉ khoảng 15 kg trên Mặt Trăng.Vận tốc cần để thoát khỏi Mặt Trăng (tốc độ vũ trụ cấp 2) là 2,38 km/s, thấp hơn nhiều so với Trái Đất là 11,2 km/s.[24]tr.226
Tổng cường độ từ trường ở bề mặt Mặt Trăng, đo bởi tàuLunar Prospector.[117]
Mặt Trăng có mộttừ trường ngoài với cường độ nhìn chung dưới 0,2nanotesla, chưa bằng một phần một trăm ngàntừ trường Trái Đất.[25] Hiện tại Mặt Trăng không có từ trường lưỡng cực toàn cầu mà chỉ có lớp vỏ đã từ hóa, có thể do trước kia từng tồn tại một dynamo toàn cầu.[25][118] Khoảng 4,25 đến 3,56 tỉ năm trước từ trường Mặt Trăng có khả năng mạnh gần bằng từ trường Trái Đất ngày nay.[25] Dynamo duy trì đến cách đây 1,92 đến 0,80 tỷ năm nhờ các dòng đối lưu hoạt động khi lõi Mặt Trăng kết tinh.[25] Trên lý thuyết, một số vùng từ hóa còn sót lại có thể được gây ra bởi từ trường thoáng qua của những đám mây plasma giãn nở trong những vụ va chạm lớn.[119] Khi những đám mây này xuất hiện sau các vụ va chạm lớn, Mặt Trăng vẫn đang có một nền từ trường đáng kể.[119] Giả thuyết này được hỗ trợ bởi vị trí từ hóa mạnh nhất trên vỏ nằm gầnđiểm đối chân của những bồn địa va chạm lớn.[119]
Mặt Trăng có khí quyển rất loãng đến nỗi các hạt khí gần như không va chạm với nhau, giốngtầng ngoài khí quyển hành tinh,[18] với tổng khối lượng từ dưới 10 tấn[120] đến khoảng 30 tấn.[121] Thiết bị của các tàu đổ bộ Apollo đo được mật độ hạt khí quyển khoảng 107 hạt/cm³ vào ban ngày và 105 hạt/cm³ vào ban đêm ở bề mặt Mặt Trăng, gần nhưchân không so với khí quyển Trái Đất (1019 hạt/cm³).[18][122] Khí quyển bao gồm các chất khíthoát ra từ đất đá[121][123] và khí sinh ra từ hoạt độngphún xạ do gió mặt trời và bụi vũ trụ bắn phá thổ nhưỡng Mặt Trăng.[20][122] Các nguyên tố được phát hiện cónatri vàkali sinh ra do phún xạ và giải hấp nhiệt (cũng có trong khí quyển Sao thủy và Io);helium-4 vàneon chủ yếu từ gió mặt trời;argon-40,radon-222 và các đồng vịpoloni thoát ra khí quyển sau khi hình thành từphân rã phóng xạ trong lớp vỏ và lớp phủ.[17][18][123] Tổng mật độ của các nguyên tố trên vẫn còn nhỏ hơn nhiều mật độ khí quyển Mặt Trăng, do đó các nhà khoa học vẫn đang tìm kiếm sự hiện diện của những phân tử và nguyên tử khác ở khí quyển, đặc biệt là các chất mà có thể được sinh ra từ lớp đất mặt.[18]Chandrayaan-1 đã phát hiện hơi nước với nồng độ thay đổi theo vĩ độ, nhiều nhất tại khoảng 60–70 độ nam.[19] Hơi nước có thể được sinh ra từsự thăng hoa nước đá ởlớp đất mặt.[19] Những khí này quay lại lớp đất mặt do trọng lực của Mặt Trăng hoặc biến mất vào không gian do áp lực bức xạ mặt trời hoặc nếu chúng bị ion hóa thì bị thổi bay bởi từ trường gió mặt trời.[18][122]
Ảnh minh họa vệ tinhLADEE đo bụi Mặt Trăng bay gần bề mặt vào hoàng hôn.[124]
Tồn tại một đám mâybụi bất đối xứng bao quanh Mặt Trăng được tạo ra bởi các hạt bụi sao chổi.[125] Mỗi giây có khoảng 0,1 đến 0,6picôgam bụi sao chổi bay vào mỗi mét vuông bề mặt vùng xích đạo Mặt Trăng với tốc độ khoảng 20 kilômét trên giây.[125] Các hạt này va vào bề mặt khiến bụi ở đó bắn lên với tốc độ cỡ vài trăm mét một giây, sau đó đa số chúng lại rơi xuống bề mặt.[125] Trung bình, lớp bụi bay lơ lửng trên bề mặt Mặt Trăng có tổng khối lượng khoảng 120 kilogam và dày hàng trăm kilomét.[125] Các phép đo bụi đã được thực hiện bởi Thí nghiệm Bụi Mặt Trăng (LDEX) củaLADEE, trong khoảng 6 tháng với độ cao từ gần bề mặt đến trên 200 km.[125] Trung bình mỗi phút có một hạt bụi bán kính trên 0,3 micromét va đập vào đầu đo của LDEX.[125] Số lượng hạt bụi tăng lên vào những dịpmưa sao băngGeminid,Quadrantid,Taurid vàOmicron Centaurid, khi Trái Đất và Mặt Trăng đi ngang qua những đám tàn tích sao chổi.[125] Đám mây bụi của Mặt Trăng có mật độ bất đối xứng, dày hơn ở vùng hoàng hôn.[125]
Các nhà du hành vũ trụ đặt chân lên Mặt Trăng trongchương trình Apollo đã chứng kiến những quầng sáng gần đường chân trời trước lúc bình minh, một hiện tượng cũng được quan sát bởi một số vệ tinh và tàu đổ bộ.[18] Đây có thể là ánh sáng từ lớp bụi ở trên cao hoặc natri và kali trong khí quyển.[18]
Năm 2017, một nghiên cứu dựa trên mô hình phun trào dung nham theo thời gian cho thấy Mặt Trăng từng có một khí quyển khá dày trong khoảng thời gian cỡ 70 triệu năm, giữa 3 và 4 tỷ năm trước.[126] Khí quyển này chứa các khí sinh ra bởi các vụ phun trào núi lửa Mặt Trăng và cóáp suất khoảng gấp rưỡi so với khí quyểnSao Hỏa ngày nay.[126] Khí quyển cổ xưa này đã dần biến mất vào không gian chủ yếu do chuyển động nhiệt của các hạt khí với tốc độ trêntốc độ vũ trụ cấp 2.[126]
Mặt Trăng tự quay quanh trục với chu kỳ phụ thuộc vào hệ quy chiếu: so với nền sao ở xa, chu kỳ này làchu kỳ sao,[24]tr.46[127] 27,3 ngày Trái Đất,[11][128] còn so với Mặt Trời thì chu kỳ này làchu kỳ giao hội,[24]tr.45[127] 29,5 ngày Trái Đất.[128] Đối với quan sát viên đứng yên trên bề mặt Mặt Trăng, Mặt Trời mọc và lặn theochu kỳ đúng bằng chu kỳ giao hội.[127] Mặt Trăng quay quanh Trái Đất và bịkhóa thủy triều so với Trái Đất,[57][129] khiến cho chu kỳ sao của chuyển động tự quay của Mặt Trăng đúng bằng chu kỳ quỹ đạo của Mặt Trăng quanh Trái Đất,[3]:10[129] và chu kỳ giao hội tự quay cũng bằng chu kỳ giao hội quỹ đạo (còn gọi là "tháng giao hội").[24]tr.331 Chu kỳ giao hội quỹ đạo cũng là chu kỳpha Mặt Trăng khi quan sát từ Trái Đất (còn gọi là "tuần trăng").[6]tr.123[24]tr.331
Độ nghiêng trục quay của Mặt Trăng so vớihoàng đạo chỉ là 1,54°,[16] nhỏ hơn nhiều so với 23,5°Của Trái Đất.[6]tr.108 Do đó bức xạ Mặt Trời lên Mặt Trăng cũng ít thay đổi theo mùa hơn, ngoại trừ tại vùng gần cực, nơi mà yếu tố địa hình và yếu tố mùa đều có ảnh hưởng.[16]
Năm 2005, một phân tích về các ảnh chụp bởi tàu vũ trụClementine cho thấy các khu vực nhiều núi non ở vành hố va chạmPeary tại cực bắc có thể được chiếu sáng trong toàn bộ cảngày Mặt Trăng, tạo ra nhữngđỉnh núi sáng vĩnh cửu.[31] Các nghiên cứu sau này, từ 2005 đến 2013, cho rằng vùng rìa Peary có thể bị che khuất vào mùa đông, tuy nhiên xác nhận nhiều địa điểm ở vùng này và rìa hố va chạm khác gần hai cực có tỷ lệ nhận sáng từ 80% đến trên 90% trung bình năm, bao gồm rìa hốShackleton gần cực nam.[131] Tương tự, có nhiều khu vực nằm mãi mãi trong bóng tối ở đáy của những hố va chạm gần cực,[102][131] và các "hố tối vĩnh cửu" này cực lạnh.[16]
Tuy có thể tính được nhiệt độ trung bình bề mặt của Mặt Trăng, nhưng nhiệt độ thực tế ở từng địa điểm có thể lệch so với mức trung bình hàng chục độ K, tùy theo điều kiện địa hình (độ dốc, bóng râm, kiến trúctán xạ ánh sáng và nhiệt), độphản xạ sáng vàbức xạhồng ngoại của bề mặt địa phương, và tính chất nhiệt (nhiệt dung,độ dẫn nhiệt) của khu vực.[16] Do thiếu khí quyển hay thủy quyển để ổn nhiệt, nhiệt độ bề mặt thay đổi mạnh trong ngày của Mặt Trăng.[6]tr.314[16] Vào giữa trưa, nhiệt độ của đất đá màu sẫm có thể lên trên 100 °C; còn trong ban đêm (kéo dài khoảng hai tuần, tương đương với thời lượng ban ngày của Mặt Trăng), nhiệt độ đất xốp giảm xuống khoảng -180 °C.[6][31]tr.314 Nơi có nhiệt độ ổn định và không quá lạnh là các đỉnh núi sáng vĩnh cửu gần cực, khoảng -50±10 °C, được cho là phù hợp để định cư vì dễ tiếp cận năng lượng Mặt Trời và nguồn nước đá ở các hố tối vĩnh cửu gần đó.[31]
Mô hình thu nhỏ của Hệ Trái Đất - Mặt Trăng: kích thước và khoảng cách trung bình theo đúng tỷ lệ.
Mô hình thu nhỏ của Hệ Trái Đất - Mặt Trăng: kích thước và khoảng cách trung bình theo đúng tỷ lệ.[6]tr.19
Khoảng cách và kích thước góc Mặt Trăng thay đổi theo chuyển động trên quỹ đạo, từ cận điểm gần nhất sang viễn điểm xa nhất.
Khoảng cách và kích thước góc Mặt Trăng thay đổi theo chuyển động quanh Trái Đất, từ cận điểm gần nhất sang viễn điểm xa nhất.[3]tr.3-5[4]tr.308-309[1][132][↓ 8]
Hệ Mặt Trăng và Trái Đất quay quanh khối tâm nằm ở dưới bề mặt Trái Đất khoảng 1.700 km (khoảng một phần tư bán kính Trái Đất), theo các quỹ đạo gần giống hình elip có độ lệch tâm nhỏ.[4]:16 So với nền các ngôi sao ở xa, hệ này quay hết đúng một vòng trongchu kỳ quỹ đạo (hay "tháng vũ trụ", "tháng sao") là 27,3 ngày.[24][133]tr.223-224 Do khối tâm của hệ chuyển động trên quỹ đạo quanh Mặt Trời, nên để Mặt Trăng quay trở lại cùng mộtpha, cần khoảng thời gian lâu hơn làchu kỳ giao hội quỹ đạo (hay "tháng giao hội", "tuần trăng") 29,5 ngày.[24]tr.223-224[6]tr.123 Nếu nhìn từ cực bắc, hệ Mặt Trăng-Trái Đất quay theo chiều ngược kim đồng hồ, trùng chiều quay của hệ quanh Mặt Trời và chiều quay trên quỹ đạo của các hành tinh khác trong Hệ Mặt Trời, đồng thời cũng là chiều tự quay của Trái Đất, Mặt Trăng và hầu hết các hành tinh này.[6]tr.236-237[24]tr.223-224 Mặt phẳng quỹ đạo của hệ, còn gọi làmặt phẳng bạch đạo, không lệch nhiều so với mặt phẳng quỹ đạo của hệ quanh Mặt Trời, còn gọi làmặt phẳng hoàng đạo,[24]tr.253-257[4]:308 và cũng không lệch nhiều so với mặt phẳng quỹ đạo của các hành tinh khác trong Hệ Mặt Trời.[6]tr.236 Trong khi đó, khoảng một phần ba trong số các vệ tinh tự nhiên khác trong hệ Mặt Trời chuyển động trên quỹ đạo nằm gầnmặt phẳng xích đạo của hành tinh mà chúng quay quanh theo cùng chiều quay,[6]tr.410 đa số lệch nhiều so với mặt phẳng hoàng đạo,[6]tr.389 và phần lớn các vệ tinh khác quay ngược chiều hành tinh theo các quỹ đạo bất thường và cách xa hành tinh.[6]tr.410
Các pha của Mặt Trăng.
Cácpha Mặt Trăng:trăng tròn (rằm) ở giữa, khi Mặt Trăng ở đối diện Mặt Trời qua Trái Đất;trăng tối (không trăng), ở ngoài cùng hai bên, khi Mặt Trăng ở cùng phía Mặt Trời; trạng thái trung gian làtrăng khuyết,bán nguyệt,lưỡi liềm.[24]tr.268[6]tr.121 Do hệ Trái Đất-Mặt Trăng chuyển động quanh Mặt Trời, từ trái qua phải trên hình, để Mặt Trăng quay trở lại cùng một pha, cần khoảng thời gian làchu kỳ giao hội quỹ đạo, lâu hơn so vớichu kỳ quỹ đạo;[6]tr.123 với chênh lệch thể hiện bằng cung màu xanh nõn chuối ở ngoài cùng bên phải trên hình.[134]
Quỹ đạo của Mặt Trăng bịgây nhiễu bởi Mặt Trời, Trái Đất, và ở mức độ ít hơn là các hành tinh, khiến cho tất cả các thông số của quỹ đạo, nhưđộ nghiêng,độ lệch tâm,bán trục lớn,điểm nút,củng điểm ... đều biến động nhỏ một cách tuần hoàn và phức tạp.[1][3]:10[135] Ví dụ, mặt phẳng quỹ đạo của Mặt Trăngtiến động theochu kỳ 18,6 năm, và ảnh hưởng đến các khía cạnh khác của chuyển động, thể hiện ở các công thức toán học trongcác định luật Cassini.[136] Ví dụ khác là độ lệch tâm quỹ đạo của Mặt Trăng thay đổi theo chu kỳ 206 ngày, khiến cho cận điểm và viễn điểm quỹ đạo của Mặt Trăng cũng biến động theo chu kỳ này.[1]
Khoảng cách từ tâm Trái Đất đến Mặt Trăng biến đổi theo chu kỳ quỹ đạo 27,3 ngày, chồng lên chu kỳ thay đổi của độ lệch tâm quỹ đạo 206 ngày.
Vì quỹ đạo elip, khoảng cách từ tâm Trái Đất đến tâm Mặt Trăng biến đổi theo chu kỳ quỹ đạo 27,3 ngày, chồng lên chu kỳ thay đổi của độ lệch tâm quỹ đạo 206 ngày.[1][137][138] Khoảng cách tới củng điểm quỹ đạo thay đổi theo độ lệch tâm quỹ đạo; với cận điểm gần nhất ở khoảng 356.400 km, xa nhất ở khoảng 370.400 km; viễn điểm gần nhất khoảng 404.000 km, xa nhất khoảng 406.700 km.[1][137][138] Các chấm tròn trên đồ thị ứng với các thời điểmtrăng tròn.[137][138]
Xét tương quan với Trái Đất, Mặt Trăng là một vệ tinh tự nhiên lớn lạ thường:[139] nó có đường kính bằng khoảng một phần tư[6]tr.19 và khối lượng bằng 1/81 Trái Đất.[6]tr.304 Mặt Trăng là vệ tinh lớn nhất trong Hệ Mặt Trời nếu so tương quan với kích cỡ hành tinh của chúng, dù vậyCharon có kích thước trên một nửa hành tinh lùnPluto.[6]tr.426-432 Mặt Trăng chiếm phần lớn mômen động lượng của hệ Trái Đất – Mặt Trăng,[139] và khiến Trái Đất quay quanh khối tâm Trái Đất-Mặt Trăng một lần một tháng vũ trụ[133] với tốc độ bằng 1/81 Mặt Trăng hay khoảng 12,5m/s.[140]tr.444-445[4]:16 Chuyển động này chồng lên chuyển động quay của Trái Đất quanh Mặt Trời với tốc độ lớn hơn nhiều khoảng 30 km/s.[4]tr.245
Lực thủy triều do Mặt Trăng gây ra ở mỗi điểm trên Trái Đất có thể coi như chênh lệch lực hấp dẫn của Mặt Trăng tại điểm đó so với tại tâm Trái Đất.[140]tr.661
Theođịnh luật vạn vật hấp dẫn,lực hấp dẫn giữa hai vật thể giảm dần theo bình phương khoảng cách giữa chúng.[140]tr.630 Do vậy, với hệ hai thiên thể ở cạnh nhau, phần bề mặt trên thiên thể này nằm gần thiên thể kia hơn sẽ chịu lực hút mạnh hơn một chút so với phần nằm xa.[140]tr.661 Chênh lệch lực hút này tạo ralực thủy triều.[140]tr.661 Đối với hệ Trái Đất – Mặt Trăng, lực thủy triều bóp méo cả Trái Đất và Mặt Trăng, gây ra nhiều hiệu ứng quan sát được.[140]tr.665
Nếu Mặt Trăng từng tự quay quanh trục của nó với tốc độ nhanh hơn hoặc chậm hơn tốc độ hiện tại, lực thủy triều làm tốc độ này thay đổi dần cho đến khi chu kỳ tự quay đúng bằng chu kỳ quỹ đạo quanh Trái Đất, khiến Mặt Trăng luôn hướng một mặt về Trái Đất – được gọi là bịkhóa đồng bộ (haykhóa thủy triều, đồng bộ thủy triều).[129][140]tr.665[6]tr.426-432 Nguyên nhân là lực thủy triều bởi Trái Đất làm biến dạng Mặt Trăng liên tục nếu nó vẫn còn quay so với phương nối đến Trái Đất, gây nênma sát trong lòng Mặt Trăng tiêu hao năng lượng quay này, tạo thành mômen lực cản.[129] Qua thời gian cỡ hàng ngàn năm, trong hệ quy chiếu gắn với phương nối đến Trái Đất,động năng quay của Mặt Trăng biến mất vì đã chuyển hóa hết thành nhiệt năng, Mặt Trăng không còn chuyển động quay so với phương nối đến Trái Đất và luôn có một mặt hướng về Trái Đất.[129] Ở trạng thái khóa thủy triềucân bằng bền,thế năng Mặt Trăng nhỏ nhất và Mặt Trăng chỉ có thể nằm theo một trong hai tư thế cố định đối xứng nhau qua tâm.[129] Ngày nay Mặt Trăng ở tư thế với khối tâm nằm cách tâm hình học khoảng 1,8 km về phía gần Trái Đất hơn.[139] Vào năm 2016, các nhà khoa học hành tinh sử dụng dữ liệu thu thập bởi vệ tinhLunar Prospector từ năm 1998 và phát hiện hai vùng giàu hydro (khả năng năng cao từng là các vùng có nước đá) trên hai mặt đối diện của Mặt Trăng.[141] Có thể hai mảng này là hai cực của Mặt Trăng cách đây hàng tỉ năm trước, ở tư thế khóa thủy triều cân bằng bền với phân bổ khối lượng trong lòng Mặt Trăng khác hiện nay.[141]
Thành phần gây bởi Mặt Trăng của sóng thủy triều trên toàn cầu biến đổi theo chu kỳ khoảng 12,42 giờ; phần màu xanh là triều dâng, màu nâu là triều hạ.[142]tr.239[143]tr.40
Mặt Trăng cũng tạo ra lực thủy triều trên Trái Đất, tác động lên cả đại dương và lớp vỏ đất đá của Trái Đất.[6]tr.125 Hiệu ứng rõ rệt nhất là làm đại dương lý tưởng, nếu không có lục địa, sẽ nằm cân bằng ở hình dạng ellipsoid với hai "bướu" nhô lên khoảng một mét, một bướu nằm gần Mặt Trăng, và bướu kia nằm đối diện.[6]tr.125-126 Trên thực tế, do Trái Đất tự quay trong trường lực thủy triều, đại dương không bao giờ kịp đạt hình dạng cân bằng vì giới hạn của tốc độ sóng và sự cản trở bởi nhiều yếu tố.[143]tr.8 Lực trủy triều và chuyển động quay của Trái Đất tạo ra những sóng thủy triều vớibước sóng hàng nghìn cây số, đỉnh sóng ứng với triều dâng và đáy sóng ứng với triều hạ.[143]tr.1-2 Thành phần của sóng này gây bởi Mặt Trăng[↓ 9] biến đổi theo chu kỳ 12,42 giờ, đúng bằng một nửa chu kỳ quay của một điểm bất kỳ trên bề mặt Trái Đất so với Mặt Trăng.[143]tr.40 Mặt Trời cũng gây ra hiện tượng thủy triều trên Trái Đất, nhưng lực thủy triều của Mặt Trời chỉ bằng khoảng một nửa so với Mặt Trăng.[140]tr.665 Tổng hợp tác động của lực thủy triều Mặt Trăng và Mặt Trời làm thay đổiphạm vi thủy triều với chu kỳ tuần hoàn khoảng hai tuần.[6]tr.127 Phạm vi thủy triều ở từng nơi còn phụ thuộc địa hình biển, ma sát giữa đại dương với đáy biển, độ nhớt biển, nhiễu loạn dòng chảy, và cả các điều kiện khí tượng.[143]tr.2
Lực thủy triều cũng gây ra các "bướu" ở phần lõi và vỏ đất đá của Trái Đất, với phạm vi chỉ khoảng 20cm.[6]tr.125-127 Khác với đại dương, nơi mà lực thủy triều gây ra chuyển động của các khối chất lỏng,[6]tr.125-127 phần lõi và vỏ đất đá của Trái Đất bị nhào bóp một cách đàn hồi và dẻo dưới tác động của lực thủy triều.[144] Ma sát trong các khối đại dương chuyển động dưới lực thủy triều, và ở mức độ nhỏ hơn là ma sát trong chuyển động dẻo của lõi đất đá, làm tiêu tán dần năng lượng tự quay của Trái Đất, khiến ngày Trái Đất dài thêm khoảng 0,002 giây sau mỗi thế kỷ.[6][144]tr.128 Một nghiên cứu vào năm 2016 gợi ý về khả năng lực thủy triều đã giúp duy trìtừ trường Trái Đất, do động năng và thế năng của hệ Trái Đất-Mặt Trăng-Mặt Trời đã chuyển hóa thành nhiệt năng và động năng ở lõi Trái Đất bởi sự nhào bóp của thủy triều, làm ổn định nhiệt độ cao và khả năng sinh ra từ trường của lõi.[145] Dobảo toàn mô men động lượng trong hệ Trái Đất – Mặt Trăng, phầnmô men động lượng mất đi ở chuyển động tự quay của Trái Đất được chuyển hóa sang mô men động lượng của Mặt Trăng, làm quỹ đạo Mặt Trăngtăng dần độ cao với tốc độ quỹ đạo giảm dần.[6]tr.128Thí nghiệm đo khoảng cách Mặt Trăng bằng cách chiếulaser lên các tấmhồi phản được chương trình Apollo lắp đặt trên bề mặt Mặt Trăng cho thấy khoảng cách tới Mặt Trăng tăng với tốc độ 38 mm mỗi năm (cỡ tốc độ mọc của móng tay người).[6]tr.128[143][146]tr.2
Ngày nay, hiện tượngbình động của Mặt Trăng gây ra chênh lệch lực hấp dẫn từ Trái Đất, tạo hiệu ứng thủy triều bởi Trái Đất cho Mặt Trăng.[147]tr.166-170[3]:17
Nếu quá trình này tiếp tục diễn ra, chu kỳ tự quay của Trái Đất sẽ dài ra đến khi bằng với chu kỳ quỹ đạo của chuyển động quay quanh nhau của hệ Trái Đất – Mặt Trăng, tạo ra khóa thủy triều ở cả hai thiên thể.[6]tr.128 Khi đó Mặt Trăng sẽ đứng yên tại một kinh tuyến, như mộtvệ tinh địa tĩnh, giống như trường hợp của Pluto và Charon hiện nay.[6]tr.128 Tuy nhiên, trong tương lai, Mặt Trời sẽ trở thành mộtsao đỏ khổng lồ và sẽ nuốt chửng hệ Trái Đất – Mặt Trăng trước khi hiện tượng khóa thủy triều ở cả hai thiên thể này xảy ra.[147]:184[148]
Hiện tại, Mặt Trăng vẫn chịu tác động nhỏ của lực thủy triều gây ra bởi Trái Đất và Mặt Trời.[149] Phạm vi thủy triều trên Mặt Trăng là 10 cm và biến đổi chủ yếu theo chu kỳ 27 ngày, với hai thành phần: thành phần theo phương hướng đến Trái Đất và gây ra bởi Trái Đất, vì Mặt Trăng đã bị khóa thủy triều trongquỹ đạo đồng bộ, và thành phần nhỏ hơn gây bởi Mặt Trời.[149] Thành phần gây bởi Trái Đất là do sựbình động của Mặt Trăng, vì quỹ đạo của Mặt Trăng cóđộ lệch tâm.[147]tr.166-170[149] Nếu quỹ đạo của Mặt Trăng tròn hoàn hảo thì chỉ có thành phần lực thủy triều gây ra bởi Mặt Trời.[147]tr.166-170 Thành phần gây bởi Mặt Trời là nhỏ và biến đổi theo một số chu kỳ khác nữa, như chu kỳ 2 tuần, 1 tháng, 7 tháng, 1 năm, 6 năm, 18,6 năm.[149] Ứng suất tích lũy từ các lực thủy triều gây ra các đợtđộng đất ở sâu trong lòng Mặt Trăng, đo được bởi cácđịa chấn kế màchương trình Apollo đặt trên Mặt Trăng.[150][151] Động đất Mặt Trăng ít xảy ra hơn, có cường độ yếu hơn so với động đất trên Trái Đất, nhưng có thể kéo dài hàng giờ, do không có thủy quyển hấp thụ.[139][150][151] Ngoài động đất sâu do thủy triều, xảy ra theo các đợt với chu kỳ 27 ngày, còn có động đất nông ở các vùng địa chất yếu gần vỏ và động đất do va chạm với thiên thạch, xảy ra ngẫu nhiên theo thời gian.[74][151]
Dokhóa thủy triều, Mặt Trăng luôn luôn duy trì gần như một mặt hướng về Trái Đất.[140]tr.665 Tuy nhiên bởi hiệu ứng bình động, từ Trái Đất thực tế có thể quan sát khoảng 59% bề mặt Mặt Trăng.[3]:18 Mặt đối diện Trái Đất được gọi làmặt gần (hay "mặt trước") còn mặt kia làmặt xa (hay "mặt khuất", "mặt sau").[24]tr.224[6]tr.124,305[9]tr.27 Mặt xa thỉnh thoảng bị gọi không chính xác là "mặt tối" nhưng thực tế nó được soi sáng thường xuyên như mặt gần theo chu kỳ 29,5 ngày.[6]tr.124 Mặt gần tối vào kỳtrăng tối (hay pha "không trăng").[24]tr.268
Nhìn từ bán cầu bắc, cực bắc Mặt Trăng ở phía trên; nhìn từ bán cầu nam, Mặt Trăng sẽ lộn ngược với cực bắc ở quay xuống dưới.[152]
Mặt Trăng cósuất phản chiếu thấp khác thường, gần tương đươngnhựa đường.[9]tr.59[153] Mặc dù vậy ở pha trăng tròn, Mặt Trăng là vật thể sáng thứ hai trên bầu trời sau Mặt Trời,[6]tr.120-121 một phần do sự tăng cường ánh sáng phản xạ ở góc hướng về phía Mặt Trời bởihiệu ứng xung đối.[154] Hiệu ứng xung đối, một đặc tính phản xạ củađất xốp và bề mặt gồ ghề,[139][154] làm cho Mặt Trăng tại pha bán nguyệt chỉ sáng bằng một phần mười trăng tròn chứ không phải một nửa,[9]tr.59 và phần ngoài rìa trăng tròn sáng gần bằng ở tâm, tức là không cóhiệu ứng rìa tối.[139] Mắt người cảm nhận Mặt Trăng là vật thể sáng trên nền trời xung quanh tối, khi nó được Mặt Trời chiếu rọi, còn do cơ chếbất biến mức sáng tronghệ thống thị giác tự động hiệu chỉnh quan hệ màu sắc và độ sáng với môi trường.[155] Mặt Trăng trông lớn hơn khi gần đường chân trời nhưng đây hoàn toàn là hiệu ứng tâm lý gọi làảo ảnh Mặt Trăng được mô tả lần đầu vào thế kỷ 7trước công nguyên.[156] Trăng tròn trên bầu trời cóđường kính góc trung bình khoảng hơn 31 phút cung và kích cỡ biểu kiến gần tương đương Mặt Trời.[4]tr.308,309,340
Độ cao lớn nhất của Mặt Trăng tạitrung thiên thay đổi theopha và thời gian trong năm.[77]:8 Trăng tròn cao nhất trên bầu trời vào mùa đông đối với cả hai bán cầu.[77]:8 Sự định hướng của hình ảnh Mặt Trăng, thể hiện rõ ở hướng củađường ranh giới sáng tối ở pha không tròn, phụ thuộc vào vĩ độ của địa điểm quan sát.[24][157]tr.99 Người ở bán cầu nam nhìn hình Mặt Trăng lộn ngược so với người ở bán cầu bắc của Trái Đất.[152] Một người quan sát ở miềnnhiệt đới có thể thấytrăng lưỡi liềm hình mặt cười.[157] Tại hai cực Bắc và Nam, Mặt Trăng mọc trên bầu trời liên tục trong gần hai tuần, rồi biến mất liên tục trong gần hai tuần, rồi lặp lại như vậy, theo chu kỳ 27,3 ngày.[157] Ởvùng Bắc Cực vào mùa đông, khi Mặt Trời nằm phía dưới đường chân trời,sinh vật phù du di cư theo chiều thẳng đứng, với chu kỳ hằng ngày – 24,8 giờ đồng hồ – của ánh sáng Mặt Trăng, và chu kỳ hàng tháng – 29,5 ngày – của pha Mặt Trăng.[158] Chu kỳ hằng ngày của ánh sáng Mặt Trăng dài hơn 24 giờ thông thường do Mặt Trăng quay cùng chiều với chiều quay của Trái Đất; điều này khiến cho, vào mỗi ngày, Mặt Trăng mọc muộn hơn ngày trước khoảng 0,8 giờ đồng hồ.[6]tr.120-121[77]:8
So sánh kích thước biểu kiến: bên trái là Mặt Trời, bên phải là Mặt Trăng; bên dưới ở cận điểm gần nhất, bên trên ở viễn điểm xa nhất - Mặt Trăng ở cận điểm gần nhất trông lớn hơn 14% so với ở viễn điểm xa nhất và lớn hơn Mặt Trời.[4]tr.308,309,340[5]tr.496
Khoảng cách giữa Mặt Trăng và Trái Đất thay đổi từ khoảng 356.400 km tạicận điểm gần nhất đến 406.700 km tạiviễn điểm xa nhất, chênh nhau 14%.[1] Nếu Mặt Trăng nằm tại cận điểm gần nhất đồng thời đang ởpha trăng tròn thì nó được gọi làsiêu trăng; còn trăng tròn xảy ra ở viễn điểm xa nhất được gọi làvi trăng.[159] Siêu trăng sáng hơn 30% so với vi trăng, do có đường kính góc lớn hơn 14% và diện tích sáng gấp 1,142 ≈ 1,30.[159] Mắt người cảm nhận thay đổi độ sáng ít hơn so với mức thay đổi cường độ sáng thực tế, theo một số công thức liên hệ, như công thức logarit củađịnh luật Weber–Fechner hoặc công thức củađịnh luật lũy thừa Stevens.[160][161] Như vậy, Mặt Trăng ở một pha tại cận điểm sẽ được cảm nhận sáng hơn so với Mặt Trăng ở cùng pha đó tại viễn điểm, nhưng độ sáng hơn cảm nhận được không nhiều đến mức 30%.[161]
Đã có các báo cáo về sự thay đổi qua thời gian của một số đặc điểm trên bề mặt Mặt Trăng.[162] Nhiều khẳng định như vậy bị cho là hão huyền và là kết quả từ việc quan sát dưới những điều kiện ánh sáng khác nhau, ảnh hưởng của khí quyển, hay những bản vẽ không phù hợp.[121][162] Tuy nhiên, sự thoát khí thi thoảng diễn ra và có thể là nguyên nhân của một tỉ lệ nhỏ hiện tượng thoáng qua được báo cáo.[121][162] Một ví dụ được chỉ ra vào năm 2006 rằng một vùng đường kính khoảng 3 km ởcấu trúc Ina bị điều chỉnh bởi các sự kiện giải phóng khí cách đây không quá 10 triệu năm và có thể vẫn đang tiếp diễn.[82]
Sơ đồ minh họa nhật thực toàn phần.[6]tr.131Nhìn từ Trái Đất, Mặt Trăng và Mặt Trời tỏ ra cùng kích cỡ trong nhật thực toàn phần.[6]tr.132
Thiên thực xảy ra khi ít nhất một phần của Trái Đất hoặc Mặt Trăng đi vào bóng râm của thiên thể còn lại - lúc đó Mặt Trời, Trái Đất, Mặt Trăng đều nằm trên một đường thẳng, gọi làsóc vọng.[6]tr.129[24]tr.255,318Nhật thực là lúc Mặt Trăng chắn ánh sáng Mặt Trời đến một phần Trái Đất, diễn ra vào một số kỳtrăng tối khi Mặt Trăng nằm giữa Mặt Trời và Trái Đất.[6]tr.131 Ngược lại,nguyệt thực là lúc Trái Đất chắn ánh sáng Mặt Trời đến Mặt Trăng, diễn ra vào một số kỳtrăng tròn khi Trái Đất nằm giữa Mặt Trời và Mặt Trăng.[6]tr.133 Quỹ đạo Mặt Trăng quanh Trái Đất (bạch đạo) nghiêng khoảng 5°9' so với quỹ đạo của Trái Đất quanh Mặt Trời (hoàng đạo), do đó thiên thực không xảy ra tại mọi dịp trăng tối và trăng tròn.[24]tr.254-255[4]:308 Để thiên thực diễn ra thì Mặt Trăng phải ở gần giao cắt của hai mặt phẳng quỹ đạo.[24]tr.253-257 Sự tái lặp của nhật thực và nguyệt thực được mô tả bằngsaros, với chu kỳ xấp xỉ 18 năm một lần.[24]tr.253-257
Kích cỡ biểu kiến của Mặt Trăng gần bằng Mặt Trời và đều vào cỡ hơn nửa độ.[4]tr.308,309,340 Mặt Trời lớn hơn Mặt Trăng nhiều nhưng do ở cách xa Trái Đất hơn hẳn nên nó có kích cỡ biểu kiến tương đồng.[24]tr.253-257 Sự thay đổi trong kích cỡ biểu kiến của Mặt Trăng do quỹ đạo không tròn, xảy ra trong những chu kỳ khác nhau, dẫn đến hai dạng nhật thực làtoàn phần (Mặt Trăng trông to hơn Mặt Trời) vàvành khuyên (Mặt Trăng trông nhỏ hơn Mặt Trời).[24]tr.253-257[6]tr.130
Trong nhật thực toàn phần, chóp bóng tối nhất đằng sau Mặt Trăng in lên một vùng nhỏ ở bề mặt Trái Đất.[6]tr.131[24]tr.253 Những người ở trong vùng bóng tối này sẽ thấy đĩa Mặt Trời bị che phủ hoàn toàn vàquầng mặt trời trở nên có thể quan sát bằng mắt thường.[6]tr.131-132 Một số hành tinh và những ngôi sao sáng nhất cũng có thể xuất hiện trên bầu trời trong nhật thực toàn phần.[6]tr.131 Khoảng 3000 km xung quanh vùng bóng tối là vùng bán dạ; những người ở vùng bán dạ thấy Mặt Trời bị che khuất một phần bởi Mặt Trăng.[6]tr.131[24]tr.253 Do chuyển động của Trái Đất và Mặt Trăng trên quỹ đạo mà vết của chóp bóng tối, và cả vùng bán dạ, sẽ di chuyển về phía đông với tốc độ khoảng 1500km/h.[6]tr.131 Do vậy, hiện tượng nhật thực toàn phần, đối với một người quan sát đứng yên trên mặt đất, chỉ kéo dài không quá 7 phút.[6]tr.131 Trong quãng thời gian kéo dài khoảng một giờ đồng hồ trước và sau khi diễn ra nhật thực toàn phần, người quan sát có thể chứng kiến nhật thực một phần.[6]tr.131-132
Khoảng cách giữa Mặt Trăng và Trái Đất gia tăng rất chậm qua thời gian, nên đường kính góc của Mặt Trăng đang giảm chậm.[6]tr.128 Thêm nữa, do đang trong quá trình tiến hóa thànhsao khổng lồ đỏ, kích cỡ và đường kính biểu kiến của Mặt Trời trên bầu trời đang tăng chậm.[148] Sự kết hợp của hai thay đổi này đồng nghĩa rằng hàng tỷ năm trước, Mặt Trăng luôn luôn che phủ hoàn toàn Mặt Trời trong nhật thực và không có nhật thực hình khuyên.[5][100]tr.496[148] Tương tự như thế, hàng tỷ năm sau, Mặt Trăng sẽ không còn có thể che phủ hoàn toàn Mặt Trời được nữa và nhật thực toàn phần cũng không còn.[5][100]tr.496[148]
Khác với nhật thực, trong nguyệt thực, chóp bóng tối đằng sau Trái Đất có thể bao phủ tới 4 lần Mặt Trăng.[6]tr.132 Khi Mặt Trăng không nằm hoàn toàn trong bóng tối của Trái Đất, nguyệt thực một phần có thể được quan sát.[6]tr.133 Vì bóng tối của Trái Đất là lớn so với Mặt Trăng, nên nguyệt thực toàn phần kéo dài lâu hơn so với nhật thực toàn phần.[6]tr.133 Khoảng 20 phút trước khi Mặt Trăng đi vào bóng tối Trái Đất, Mặt Trăngtròn đầy bị mờ dần đi, do Trái Đất che bớt ánh sáng rọi đến nó.[6]tr.133 Khi Mặt Trăng di chuyển trên quỹ đạo bắt đầu vào bóng tối Trái Đất, hình dạng tròn của bóng tối Trái Đất bắt đầu in lên bề mặt của Mặt Trăng.[6]tr.133 Khi đã nằm hoàn toàn trong bóng tối của Trái Đất, Mặt Trăng vẫn có thể được nhìn thấy khá tối với màu hơi đỏ, được rọi sáng bởi ánh sáng Mặt Trời đi cong quakhí quyển Trái Đất.[6]tr.133 Nguyệt thực toàn phần có thể kéo dài đến một tiếng 40 phút, còn khoảng thời gian nguyệt thực một phần, trước và sau nguyệt thực toàn phần, có thể kéo dài khoảng 1 tiếng đồng hồ.[6]tr.133 Nguyệt thực toàn phần có thể được quan sát bởi tất cả mọi người ở nửa Trái Đất quay về phía Mặt Trăng, trái ngược với nhật thực toàn phần chỉ dành số ít nằm trong vệt đi qua của chóp bóng tối Mặt Trăng.[6]tr.133
Do Mặt Trăng liên tục chắn khung cảnh bầu trời một diện tích tròn rộng nửa độ,[4]:309 hiện tượngche khuất xảy ra khi một hành tinh hay ngôi sao sáng đi qua phía sau Mặt Trăng và bị che mất.[77]tr.141 Chiếu theo khái niệm này thì nhật thực là sự che khuất Mặt Trời,[77]tr.141 mặc dù có định nghĩa rằng che khuất là một trường hợp của thiên thực trong đó thiên thể bị che có kích thước biểu kiến nhỏ hơn nhiều.[165] Mỗi vùng trên Trái Đất có thể quan sát sự che khuất của các sao ở các thời điểm khác nhau và theo cách khác nhau, tương tự như với nhật thực, và hiện tượng che khuất từng được sử dụng để xác định vị trí của Mặt Trăng và tọa độ địa lý của người quan sát.[77]tr.141 Sự che khuất bởi Mặt Trăng cũng được tận dụng để phát hiện các cặpsao đôi với khoảng cách biểu kiến từ 0,02 giây cung.[77]tr.141 Đã có đề xuất sử dụng hiện tượng che khuất bởi Mặt Trăng để dựng ảnh chụptia X cứng của các nguồn thiên văn.[166]
Tìm hiểu về các chu kỳ liên quan đến Mặt Trăng là một phần của hoạt động thiên văn học thời kỳ đầu: vào thế kỷ thứ 5 trước Công nguyên,các nhà thiên văn Babylon đã ghi chép chu kỳsaros khoảng 18 năm củanguyệt thực vànhật thực,[167] vàcác nhà thiên văn Ấn Độ đã mô tả cự giác hàng tháng của Mặt Trăng.[168][169]Nhà thiên văn học Trung QuốcThạch Thân, vào thế kỷ thứ 4 trước Công nguyên, đã hướng dẫn cách tiên đoán nhật thực.[170]:411 Tiếp theo đó là việc hình thành các hiểu biết về hình dạng của Mặt Trăng và cơ chế tạo nênánh sáng Mặt Trăng: nhà triết họcHy Lạp cổ đạiParmenídis (475 trước công nguyên) cho rằng ánh sáng của Mặt Trăng là ánh sáng phản chiếu lại, và sáchChu Bễ ở Trung Quốc, khoảng thế kỷ thứ 6 đến thứ 4 trước công nguyên, cũng ghi chép rằng Mặt Trời tạo nên ánh sáng Mặt Trăng.[170]:227 Nhiều học giả Trung Quốc, từ cuối thờiChiến Quốc đến đờinhà Hán, đã ghi nhận hình dạng cầu của Mặt Trăng và Mặt Trời, và giải thích nhật thực gây bởi Mặt Trăng che Mặt Trời, mặc dù bị phản bác bởi những người theo học thuyết cho rằng Mặt Trăng làthái âm và Mặt Trời làthái dương.[170]tr.411-414
Đầu thế kỷ thứ 3 trước Công nguyên,Arístarkhos xứ Sámios đã sử dụng hình học và một số căn cứ quan sát để ước lượng kích thước Mặt Trăng.[173]tr.67-70Arkhimídis, cuối thế kỷ thứ 3 trước Công nguyên, đã thiết kế một mô hình vũ trụ có thể tính toán chuyển động của Mặt Trăng và các thiên thể khác trong Hệ Mặt Trời.[174] Vào thế kỷ thứ 2 trước Công nguyên,Sélefkos Seleukos đã nhận địnhthủy triều gây ra bởi sức hút của Mặt Trăng, và độ cao của thủy triều phụ thuộc vào vị trí Mặt Trăng so vớiMặt Trời.[175][176] Sang đến thế kỷ thứ 2,Claudius Ptolemaeus đã cải thiện các kết quả tính toán về khoảng cách đến Mặt Trăng, vào cỡ 59 lần bán kính Trái Đất, và đường kính Mặt Trăng, vào cỡ 0,292 đường kính Trái Đất, rất sát với các con số đã biết hiện nay, là 60 và 0,273.[173]tr.71-73
Năm 499, nhà thiên văn Ấn ĐộAryabhata ghi chép trong cuốn sáchAryabhatiya của ông về hiện tượng nguyệt thực là do Mặt Trăng đi vào bóng râm của Trái Đất, và nhật thực là do Mặt Trăng tạo bóng râm trên Trái Đất, kèm theo công thức tính toán khá chính xác về kích thước các bóng râm, thời gian kéo dài của nguyệt thực và nhật thực, và các thông số quỹ đạo của Mặt Trăng.[177] Nhà thiên văn học và vật lý học người Ả RậpAlhazen (965–1040), bên cạnh nhiều phát hiện liên quan đến Mặt Trăng, có nêu ra trong sáchÁnh sáng Mặt Trăng rằng Mặt Trăng không phản xạ giống như một cái gương, mà phản xạ khuếch tán về mọi hướng.[178] Nhà thiên vănTrầm Quát củanhà Tống đã viết vào năm 1086 về các pha trăng rằm và trăng tối, so sánh chúng với hình tượng quả cầu bạc có một nửa sơn bột trắng, sẽ có hình lưỡi liềm nếu nhìn từ bên cạnh, và giải thích rằng thiên thực không xảy ra thường xuyên do bạch đạo lệch với hoàng đạo.[170]tr.415-416
Những bản vẽ chi tiết bề mặt Mặt Trăng đầu tiên, trước khikính viễn vọng được sử dụng, là bản vẽ bởiLeonardo da Vinci khoảng năm 1505 đến 1508, và bản đồ củaWilliams Gilbert năm 1600, thể hiện tên riêng một số đặc điểm Mặt Trăng.[172]tr.123-125 Năm 1610,Galileo Galilei đã xuất bản những bức vẽ đầu tiên về hình ảnh Mặt Trăng quan sát qua kính viễn vọng, trong quyển sáchSidereus Nuncius, và ghi chép rằng thiên thể này không nhẵn mà có các núi non và các hố.[172]tr.125-126[171]Thomas Harriot cũng đã vẽ bản đồ Mặt Trăng chi tiết gần thời gian này, nhưng không xuất bản.[172]tr.129 Việc vẽ bản đồ Mặt Trăng được phát triển tiếp trong thế kỷ 17, dựa vào quan sát từ kính viễn vọng.[172]tr.130-132 Các nỗ lực củaGiovanni Battista Riccioli vàFrancesco Maria Grimaldi, năm 1651, một phần dựa trên các công trình trước đó củaMichael Florent van Langren,Johannes Hevelius và những người khác, đã tạo ra hệ thống đặt tên các đặc điểm Mặt Trăng được sử dụng rộng rãi ngày nay, trong đó các hố va chạm được đặt tên theo các nhà khoa học lớn đã khuất.[172]tr.134Wilhelm Beer vàJohann Heinrich Mädler năm 1836 đã xây dựng bản đồMappa Selenographica, xuất bản vào năm 1837 trong cuốn sáchDer Mond, chứa những nghiên cứuvi trắc chính xác về đường kính của 148 hố va chạm và chiều cao của 830 ngọn núi.[3]tr.246 Các hố trên Mặt Trăng, lần đầu được ghi chép bởi Galileo, đã từng được cho là gây bởi hoạt độngnúi lửa, cho đến khiFranz von Gruithuisen, năm 1829, vàRichard Proctor, năm 1873, đề xuất rằng chúng được tạo ra bởi các vụ va chạm.[179]:3 Quan điểm này được nhà địa chất thực nghiệmGrove Karl Gilbert đồng tình vào năm 1893, và tiếp tục được củng cố qua các nghiên cứu thực hiện từ các năm 1936 đến 1963, hình thành nên những hiểu biết về địa tầng học Mặt Trăng, một nhánh mới củađịa chất thiên văn.[179]tr.4-5
Trong thời gian từ 1958, năm khởi độngchương trình Luna củaLiên Xô, đến những năm 1970, năm kết thúc củachương trình Apollo và cả chương trình Luna, cuộcChạy đua vào không gian giữa Liên Xô và Mỹ đã làm tăng đáng kể mối quan tâm và sự hiểu biết về Mặt Trăng.[32]tr.5-154[6]tr.305-308[180]tr.91-92 Một số nhà du hành vũ trụ đặt chân lên vệ tinh tự nhiên này, tuy nhiên khi cuộc đua này kết thúc, không còn có thêm nhiệm vụ thám hiểm nào đưa con người lên Mặt Trăng.[6]tr.305-308
Hình ảnh đầu tiên trong lịch sử về mặt xa của Mặt Trăng doLuna 3 chụp, 7 tháng 10 năm 1959.[32][181]tr.13-14
Sau ba nhiệm vụ không tên thất bại năm 1958, tàu không gian từchương trình Luna của Liên Xô đã lần đầu tiên hoàn thành những mục tiêu sau: vật thể nhân tạo đầu tiên thoát khỏi trọng lực Trái Đất và đi qua gần Mặt Trăng làLuna 1, vật thể nhân tạo đầu tiên va chạm bề mặt Mặt Trăng làLuna 2, và những bức ảnh đầu tiên về mặt xa của Mặt Trăng mà bình thường ẩn dạng được chụp bởiLuna 3, tất cả đều vào năm 1959.[32]tr.5-16
Tàu không gian đầu tiên đổ bộ nhẹ nhàng lên Mặt Trăng thành công làLuna 9 và phương tiện không người lái đầu tiên đi vào quỹ đạo quanh Mặt Trăng làLuna 10, cả hai vào năm 1966.[32]tr.55-58 Các mẫu đất và đá được đem về Trái Đất bởi ba nhiệm vụ trả về mẫu vật (Luna 16 năm 1970,Luna 20 năm 1972, vàLuna 24 năm 1976) với tổng khối lượng 0,3 kg.[9]tr.5[32]tr.107,136 Hai cỗ máy thám trắc tiên phong trongchương trình Lunokhod của Liên Xô đã đặt chân lên Mặt Trăng vào các năm 1970 và 1973.[32]tr.97-98,113
Luna 24 là nhiệm vụ thám hiểm Mặt Trăng cuối cùng của Liên Xô.[32]tr.136
Năm 1961, sau khi Liên Xô đưa đượcYuri Gagarin là người đầu tiên lên không gian, Tổng thống Hoa KỳJohn Fitzgerald Kennedy cam kết sẽ đưa con người lên Mặt Trăng trước khi thập kỷ 1960 kết thúc.[180][184]tr.92 Cùng năm,NASA tiến hành các nhiệm vụ với mục tiêu đưa các tàu thăm dò không người lái lên Mặt Trăng.[32]tr.22-23Chương trình Ranger, sau 13 lần thất bại liên tiếp, đã cho những ảnh chụp cận cảnh vào năm 1964;chương trình Surveyor đã đưa tàuSurveyor 1 hạ cánh trên Mặt Trăng sau Luna 9 khoảng 4 tháng;chương trình Tàu quỹ đạo Mặt Trăng (1966-1967) đã chụp ảnh phần lớn bề mặt để khảo sát các vị trí dự kiến đổ bộ người.[32]tr.40-41,58,60-65Chương trình Apollo với các tàu có người lái được thực hiện song song.[183]tr.2[32]tr.74 Sau một loạt thử nghiệm, gồm sự cốApollo 1 làm thiệt mạng phi hành đoàn, và thành công củaApollo 7 đưa người lên quỹ đạo quanh Trái Đất, năm 1968Apollo 8 đã lần đầu tiên đưa người bay trên quỹ đạo quanh Mặt Trăng.[183]tr.2tr.14tr.32
Năm 1969, vào hồi 02:56 UTC ngày 21 tháng 7, trong nhiệm vụApollo 11, phi hành giaNeil Armstrong đã trở thành người đầu tiên bước chân trên Mặt Trăng.[183]tr.90[180]tr.55 Sự kiện này được truyền hình trực tiếp và ước chừng có khoảng 600 triệu người trên toàn cầu đã xem.[180]tr.55
Các tàu Apollo đã mang về 381,7 kg đất đá Mặt Trăng trong 2196 mẫu vật.[9]tr.5[183]tr.298 Các nhiệm vụ Apollo cũng đã lắp đặt 14 loại thiết bị thí nghiệm địa vật lý củaApollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP) tại các vị trí đổ bộ củaApollo 12,14,15,16 và17.[185] Chúng hoạt động cho đến tháng 9 năm 1977.[185] Tuy nhiên thí nghiệm Lunar Laser Ranging của ALSEP chỉ dùng thiết bị thụ động là các tấm retroreflector nên nó vẫn được tiếp tục cho đến ngày nay.[132][186] Việc đo khoảng cách vẫn thường xuyên được thực hiện bởi các tialaser phát ra từ các trạm ở Trái Đất, với độ chính xác đạt đến cỡmilimét, để xác định thông số quỹ đạo và chuyển động tự quay của Mặt Trăng, kiểm chứngthuyết tương đối rộng, quan trắc sự tiến động của Trái Đất, theo dõi các hiệu ứng thủy triều với chuyển động của Mặt Trăng, hỗ trợ tìm hiểu về lõi Mặt Trăng.[132][186][187]
Apollo 17 năm 1972 là chuyến bay cuối cùng của chương trình Apollo, trong đó có sự tham gia lần đầu của một nhà khoa học địa chất, Jack Schmitt, trong số các phi hành gia.[6]tr.305-308
Từ thập niên 1970, mối quan tâm trong thám hiểm vũ trụ bắt đầu hướng về các khu vực khác trong Hệ Mặt Trời.[32][180]tr.98-99 Trong nhiều năm, Mặt Trăng không được chú ý, cho đến khi hoạt động vũ trụ dần được quốc tế hóa.[32][180]tr.61
Từ những năm 1990, có thêm nhiều quốc gia tham gia khai phá trực tiếp Mặt Trăng.[32] Năm 1990,Nhật Bản là quốc gia thứ ba đưa tàu vũ trụ bay quanh Mặt Trăng, tàuHiten (ひてん).[32][190]tr.179 Con tàu này thả ra một đầu dò quỹ đạo mang tênHagoromo, nhưng bộ phận truyền tín hiệu của đầu dò bị hỏng và nó đã không có đóng góp khoa học đáng kể nào.[32]tr.179 Năm 1994, Hoa Kỳ đưa tàuClementine vào quỹ đạo Mặt Trăng.[32]tr.185 Tàu Clementine đã vẽ bản đồ địa hình gần như toàn cầu đầu tiên cho Mặt Trăng và chụpảnh đa phổ toàn cầu đầu tiên cho bề mặt Mặt Trăng.[62] Tiếp đó, vào năm 1998, tàuLunar Prospector của Hoa Kỳ đã phát hiện dư lượng hydro ở hai cực, có thể được sinh ra bởi nước đá ở các hố chìm trong bóng tối.[32]tr.205
SMART-1 là tàu vũ trụ đầu tiên củaLiên minh Châu Âu hoạt động trên quỹ đạo Mặt Trăng, từ ngày 15 tháng 11 năm 2004 cho đến khi được cho đâm xuống bề mặt vào ngày 3 tháng 9 năm 2006.[32]tr.229 Chuyến thám hiểm này đã cung cấp những kết quả chi tiết hơn về địa hình và khoáng vật bề mặt Mặt Trăng.[32]tr.229
Chương trình Thám hiểm Mặt Trăng của Trung Quốc bắt đầu với tàuThường Nga 1.[32]tr.256Thường Nga 1 đã bay quanh Mặt Trăng từ ngày 5 tháng 11 năm 2007, thu thập bản đồ ảnh chụp toàn bộ Mặt Trăng, và sau đó được điều khiển để đâm xuống thiên thể này ngày 1 tháng 3 năm 2009.[32]tr.256Thường Nga 2, được phóng vào tháng 10 năm 2010, đã đến Mặt Trăng nhanh hơn, vẽ bản đồ Mặt Trăng ở độ phân giải cao hơn trong vòng 8 tháng, sau đó đi đếnđiểm Lagrange L2 của hệ Trái Đất-Mặt Trời, rồi bay qua tiểu hành tinh4179 Toutatis ngày 13 tháng 12 năm 2012, và cuối cùng là đi vào khoảng không vũ trụ trong quỹ đạo quanh Mặt Trời.[32]tr.272 Ngày 14 tháng 12 năm 2013,Thường Nga 3 (嫦娥三号) đã đưa mộttàu đổ bộ lên bề mặt Mặt Trăng.[32][191]tr.291 Tàu đổ bộ này sau đó thả ra mộtxe tự hành Mặt Trăng có tênNgọc Thố (玉兔).[32][191]tr.291Thường Nga 4 cũng là một tàu mang theo xe tự hành đã được phóng vào năm 2019, trở thành tàu vũ trụ đầu tiên hạ cánh ở mặt xa của Mặt Trăng.[98]Thường Nga 5 đã hạ cánh trên Mặt Trăng ngày 1 tháng 12 năm 2020 và sau đó đã mang về Trái Đất 1,731 kg mẫu vật.[189]
Từ tháng 10 năm 2007 đến ngày 10 tháng 6 năm 2009, tàu quỹ đạoKaguya (かぐや) củaCơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản cùng với 2 vệ tinh nhân tạo nhỏ đi kèm để trung chuyển tín hiệu, đã thu thập các dữ liệu địa vật lý và ghi lại video độ phân giảiHD đầu tiên trên quỹ đạo Mặt Trăng.[32][190]tr.252
Nhiệm vụ khám phá Mặt Trăng đầu tiên của Ấn Độ đã được thực hiện bởi tàuChandrayaan-1, bay quanh thiên thể này từ ngày 8 tháng 11 năm 2008 cho đến khi bị mất tín hiệu ngày 28 tháng 8 năm 2009.[32]tr.259Chandrayaan-1 đã thả một đầu dò đâm vào Mặt Trăng, và thực hiện nhiều quan sát giúp xác nhận sự tồn tại của nước trên Mặt Trăng.[32][106][192]tr.259 Sau nhiều lần bị trì hoãn, tàu quỹ đạo Mặt TrăngChandrayaan-2 (चन्द्रयान-२) đã được phóng vào tháng 7 năm 2019, mang theo tàu đổ bộVikram kèm xe tự hànhPragyan.[192][193] Tàu quỹ đạo đã tách khỏi tàu đổ bộ vào ngày 2 tháng 9 năm 2019 và duy trì hoạt động quanh Mặt Trăng cho đến nay, trong khiVikram bắt đầu quy trình hạ cánh đến khu vực gần nam cực của Mặt Trăng vào ngày 6 tháng 9 năm 2019, nhưng bị mất tín hiệu khi còn cách bề mặt 2,1 km.[193][194]
Ngày 18 tháng 6 năm 2009, Hoa Kỳ phóng cùng lúcTàu quỹ đạo Trinh sát Mặt Trăng và thiết bị va chạmLCROSS.[32]tr.265-268LCROSS đã tạo ra hai va chạm ở hốCabeus ngày 9 tháng 10 năm 2009, giúp phát hiện nước và nhiều nguyên tố quan trọng ở Cabeus, cònTàu quỹ đạo Trinh sát Mặt Trăng hiện nay vẫn đang hoạt động, đocao độ chính xác và chụp ảnh độ phân giải cao.[32]tr.265-268 Cặp tàuGRAIL của NASA, bắt đầu bay quanh Mặt Trăng từ ngày 1 tháng 1 năm 2012, đã lập bản đồ trọng trường Mặt Trăng ở độ phân giải cao.[112] Ngày 6 tháng 10 năm 2013, tàu thăm dòLADEE của NASA đã đi vào quỹ đạo Mặt Trăng, nghiên cứutầng ngoài khí quyển Mặt Trăng.[32]tr.287
Nga đã lên kế hoạch cho một căn cứ ở cực nam của Mặt Trăng qua chuỗi các dự ánLuna trong tương lai,Luna 25,26,27,28, vân vân.[98][195]Luna 25 dự kiến là tàu đổ bộ không người lái được phóng vào tháng 10 năm 2021 để hạ cánh đếnhố Boguslawsky, cònLuna 27 vàLuna 28 sẽ hạ cánh ở vùng cực nam Mặt Trăng, vớiLuna 28 dự kiến mang theo xe tự hành và thiết bị đưa mẫu vật trở lại Trái Đất, tất cả để chuẩn bị cho các chuyến thám hiểm Mặt Trăng của các nhà du hành vũ trụ sau đó.[195] Hoa Kỳ cũng đã công bốchương trình Artemis, với mục tiêu đưa con người trở lại Mặt Trăng, với hai pha đã được khởi động song song.[196] Pha 1 tập trung đưa người phụ nữ đầu tiên và người đàn ông tiếp theo lên vùng cực nam Mặt Trăng vào 2024.[196] Pha 2 phát triển các công nghệ cho phép con người sinh sống lâu dài ở trên Mặt Trăng, và ở gần Mặt Trăng, với các hệ thống tái sử dụng và các chuyến bay tái lặp đến nhiều địa điểm của Mặt Trăng.[196]
Ngoài các dự án của các quốc gia, cũng có các kế hoạch tư nhân để thám hiểm và khai thác Mặt Trăng.[197]tr.160-184
Giải thưởng Mặt Trăng X củaGoogle (XPRIZE), công bố vào 2007, trao thưởng 30 triệu đô la Mỹ cho bất cứ tư nhân nào đưa được xe tự hành lên thiên thể này theo một số tiêu chí trước tháng 3 năm 2018.[197]tr.178-179 Tuy không có đội dự thi nào kịp hoàn thành nhiệm vụ để nhận thưởng, đội ngũXPRIZE đã huy động được 300 triệu đô la tiền tài trợ và ít nhất 5 đội đã ký hợp đồng phóng tàu.[197]:179
Tháng 10 năm 2017, công tyBigelow Aerospace, của tỷ phúRobert Bigelow, cùng công tyUnited Launch Alliance đã công bố về một dự án kho vận trên Mặt Trăng.[197]:177 Dự án này có thể đi vào vận hành từ năm 2022, hỗ trợ cho các chương trình quay lại Mặt Trăng và thám hiểmSao Hỏa củaNASA.[197]:177 Bigelow có các kế hoạch kho vận ở trên quỹ đạo quanh Mặt Trăng, cũng như trên bề mặt Mặt Trăng.[197]tr.177-178
Ngày 17 tháng 9 năm 2018, công ty liên vận vũ trụSpaceX của tỷ phúElon Musk đã có hợp đồng với hành khách tư nhân đầu tiên mà họ sẽ đưa lên Mặt Trăng, dự kiến vào 2023, làYusaku Maezawa.[197]:175 Musk cũng có kế hoạch về một cơ sở tại Mặt Trăng, như một phần trong chương trình đến Sao Hỏa.[197]:175
Tháng 9 năm 2018, chương trìnhDịch vụ Vận tải Mặt Trăng Thương mại, một phần củachương trình Artemis của NASA, đã mở thầu cho các công ty tư nhân, để cung cấp dịch vụ vận tải cho các tàu đổ bộ và xe tự hành nhỏ lên Mặt Trăng.[198][199]tr.5 Một số công ty đã từng tham giaXPRIZE trước đây cũng tham gia lần này, và một số trong đó đã được lựa chọn, nhưAstrobotic.[198]tr.57[199]tr.6 Astrobotic cũng hợp tác với công ty ATLAS Space Operations để phát triển kênh liên lạc bằng laser từ Mặt Trăng, cho phép thực hiện các tác vụ cần lưu lượng dữ liệu lớn, như trải nghiệmthực tại ảo trên Mặt Trăng.[197]:181
Công tyBlue Origin của tỷ phúJeff Bezos đã lên kế hoạch cho chương trình vận tải đến Mặt Trăng, bắt đầu từ khoảng giữa thập niên 2020, mang tênBlue Moon.[197]tr.173-174Blue Moon sẽ cung cấp cho NASA các giải pháp vận tải thương mại.[197]:174 Một địa điểm nhận hàng dự kiến tại Mặt Trăng làhố Shackleton, nơi có nhiều điều kiện tự nhiên phù hợp.[197]:174
Một số ý tưởng khai thác Mặt Trăng bởi các đơn vị tư nhân đã được hình thành, như kinh doanh tài nguyênheli 3 của Mặt Trăng để làm nhiên liệu, haythu năng lượng Mặt Trời để truyền về Trái Đất bằngvi sóng, tuy nhiên hành lang pháp lý cho các hoạt động kinh doanh này chưa được phát triển đầy đủ.[197]tr.160-170
Bề mặt Mặt Trăng đã có nhiều dấu ấn của hoạt động của con người.[200][201][202] Mỗi nhiệm vụ Apollo đã để lại lượng khí tương đương với tổng khối lượng khí quyển Mặt Trăng, và sự ô nhiễm lâu dài có thể đã hiện diện dù phần lớn có thể đã thoát khỏi Mặt Trăng.[9]tr.44 Các vật dụng mà con người để lại trên Mặt Trăng có các xe tự hành và tàu đổ bộ,[201] các thiết bị thí nghiệm nhưGói Thí nghiệm Bề mặt Mặt Trăng Apollo (ALSEP),[200] và các bảng tưởng niệm hay tác phẩm nghệ thuật nhưNhà du hành đã Ngã xuống.[202]
Mặt Trăng được coi là một địa điểm lý tưởng để lắp đặt nhiều loại kính viễn vọng.[203][204]Kính viễn vọng vô tuyến ở mặt xa của Mặt Trăng được che chắn khỏi nhiễu vô tuyến từ Trái Đất, và có thể quan sát đượcbước sóng dài hơn 20m, vốn không thể quan sát được từ Trái Đất do bị chắn bởitầng điện li.[203][204] Cáchố tối vĩnh cửu và rất lạnh ở gần cực tạo nên môi trường phù hợp để lắp đặt cáckính viễn vọng hồng ngoại đường kính đến 100m, tránh được nhiễu hồng ngoại từ các nguồn nhiệt, đồng thời tránh đượcnhiễu ảnh khí quyển, vì Mặt Trăng hầu như không có khí quyển.[203][204]Kính viễn vọng thiên đỉnh lắp đặt tại các khu vực này có thể được tạo ra bằng gương lỏng quay và đạt đường kính 20-100m.[205] Lớpđất Mặt Trăng mịn chứa nhiều silica có thể được dùng để chế tạo gương và các dụng cụ thủy tinh cho các đài quan sát.[87] Sự có mặt của con người tại đây có thể giúp vận hành các trạm quan sát hiệu quả hơn các kính viễn vọng bay trong không gian.[204]
Đã có những kế hoạch để tiến đến cho phép con ngườiđịnh cư trên Mặt Trăng.[98][196] Dự ánCổng Mặt Trăng thuộcchương trình Artemis là một trong các nỗ lực đang được triển khai cho mục đích này.[196] Tuy con người đã từng có mặt ngắn ngày trên Mặt Trăng, có các thử thách cho cuộc sống lâu dài tại đây, bao gồm phóng xạ vũ trụ và bụi Mặt Trăng.[197]tr.85-87 Bụi Mặt Trăng có thể dính vào quần áo và bị mang theo vào khu vực sinh hoạt.[206] Bụi này được một số nhà du hành vũ trụ ở chương trình Apollo mô tả là có mùi giống thuốc súng.[206] Bụi mịn có thể gây ra các vấn đề về sức khỏe.[197]tr.86-87
Mặc dù đã có các quốc kỳ của một số nước được đưa lên Mặt Trăng, không quốc gia nào được phép tuyên bố chủ quyền trên Mặt Trăng nói riêng, và ở không gian ngoài Trái Đất nói chung, theoHiệp ước Ngoại Không gian 1967.[197]:168[207] Hiệp ước này cho phép các tổ chức và cá nhân khai thác và sở hữu tài nguyên trên Mặt Trăng, nhưng giới hạn việc khai thác vào mục đích hòa bình và không tàn phá môi trường.[197]tr.168-169Hiệp ước Mặt Trăng năm 1979 định nghĩa Mặt Trăng là "di sản chung của nhân loại", và việc khai thác Mặt Trăng cần được đặt trong hợp tác quốc tế.[197]tr.169-170 Tuy nhiên đến tháng 1 năm 2018, mới chỉ có 18 quốc gia đã phê chuẩn hiệp ước này, trong đó không cóHoa Kỳ,Nga,Trung Quốc, do có lo ngại rằng Hiệp ước Mặt Trăng có thể cản trợ hoạt động thương mại.[197]:169 Một số cá nhân đã tuyên bố sở hữu bất động sản trên Mặt Trăng nhưng không có tuyên bố nào đã được công nhận rộng rãi.[208]tr.1,20
Các vùng tối sáng trên Mặt Trăng đã được con người tưởng tượng thành những hình ảnh khác nhau trong các nền văn hóa khác nhau, nhưchú Cuội và cây đa trên cung trăng trong văn hóa dân gian Việt Nam, haythỏ Mặt Trăng trong văn hóa Trung Hoa, Ấn Độ, hoặc hình người.[210][211][212]
Các pha Mặt Trăng trong một tờ lịch ở cuốnĐịa chí Catalunya (1370-1380) của Abraham Cresques.[218]
Chu kỳ lặp lại của pha Mặt Trăng được sử dụng như một công cụ đo thời gian tiện lợi, tạo thành cơ sở cho nhiều hệ thống lịch cổ.[6][219][220]tr.119 Một sốthanh đếm cổ, được làm từ xương hàng chục nghìn năm trước, đã được một số nhà nghiên cứu cho là đánh dấu các pha của Mặt Trăng.[219][221] Ngày nay, chu kỳ lặp lại củatháng, khoảng 30 ngày, gần tương ứng vớichu kỳ giao hội của Mặt Trăng.[24]tr.223-224[6]tr.119 Trong tiếng Hán và các ngôn ngữ Ấn Âu, từ biểu thị khái niệm "tháng", hay "nửa tháng", có nguồn gốc từ Mặt Trăng.[220][222][223]
Hầu hết các lịch đã xuất hiện trong lịch sử loài người đều dựa trên các chu kỳ chuyển động của Trái Đất, Mặt Trăng và Mặt Trời.[6]tr.117-118Lịch âm dương của Trung Hoa ngoài dựa vào các chu kỳ trên còn tích hợp thêm chu kỳ gần bằng 12 năm củaSao Mộc ứng với12 con giáp, trong khi đólịch Hồi giáo xuất hiện vào thế kỷ thứ 7 dựa hoàn toàn vàolịch Mặt Trăng.[6][224]tr.119 Theo lịch Hồi giáo, các tháng được xác định bằng việc quan sát trăng non sớm nhất ở đường chân trời.[224]
Trong một số nền văn hóa, Mặt Trăng có liên hệ với tính cách điên rồ hoặc phi lý.[221][225] Một số học giả của Hy Lạp và La Mã cổ đại, nhưAristoteles,Pliny cha,Lucius Mestrius Plutarchus hayClaudius Galenus, đã cho rằng pha của Mặt Trăng có mối liên hệ với chứng động kinh.[225] Pliny cha (sống vào năm 23 đến 79) vàClaudius Ptolemaeus (khoảng năm 150) giải thích rằng độ ẩm trong não có mối liên hệ với Mặt Trăng.[225] Tuy nhiên mọi phân tích dữ liệu hiện đại đều không xác nhận các lý thuyết này.[225]
Chu kỳ thủy triều và thay đổi của pha Mặt Trăng có tác động lên hành vi của một số loài sinh vật trên Trái Đất, đặc biệt là những loài hoạt động vào ban đêm hoặc nhạy cảm với ánh sáng.[158][221] Tuy vậy các ghi chép về mối liên hệ giữa chu kỳ thay đổi của pha Mặt Trăng với trạng thái tâm sinh lý của con người đều bị bác bỏ.[221][226] Một số người đã cho rằng các pha Mặt Trăng ảnh hưởng đến số ca nhập viện vì tâm thần, số ca giết người hoặc tự tử, hay số vụ phạm pháp; nhưng nhiều nghiên cứu đã phủ nhận quan niệm này.[226]
Mặt Trăng là nguồn cảm hứng cho nhiều nhà thơ ở các thời đại và nền văn hóa khác nhau, với hàng trăm tác phẩm vịnh nguyệt được lưu lại trong giai đoạn từ thế kỷ thứ 7 trước công nguyên cho đến nay.[229] Một vài ví dụ là bàiMặt Trăng,Trăng tròn củaSappho (610-570 trước công nguyên) ở Hy Lạp cổ đại, các bàithơ ĐườngNguyệt hạ độc chước (月下獨酌),Nguyệt dạ (月夜) củaLý Bạch (701-762),Đỗ Phủ (712-770) ở Trung Quốc,Dẫu gió thổi (吹けども 葺けども) củaIzumi Shikibu (976-1030) ở Nhật Bản,Tới Mặt Trăng (Alla luna) của Giacomo Leopardi (1798–1837) ở Ý,Trăng lên (La luna asoma) củaFederico García Lorca (1898–1936) ở Tây Ban Nha,ai mà biết Mặt Trăng có phải (who knows if the moon's) củaE. E. Cummings (1894–1962) ở Mỹ,Huyền ảo củaHàn Mặc Tử (1912–1940) ở Việt Nam.[229][230][231]tr.4,tr.62
Mặt Trăng cũng là chủ đề của các tác phẩm văn học trong hai thiên niên kỷ qua.[33] Vào thế kỷ thứ 2,Lukianos xứ Samosata viết tiểu thuyếtTruyện Thật (Ἀληθῆ διηγήματα), kể chuyện những người từ Trái Đất đến Mặt Trăng và gặp các cư dân tại đó.[33] Một số ví dụ khác từ thờiPhục Hưng đến nay, làGiấc mơ (Somnium, 1634) củaJohannes Kepler,Người cung trăng (The Man in the Moone, 1638) củaFrancis Godwin,Tiếu sử về Đế chế Mặt Trăng (L'Autre monde ou les états et empires de la Lune, 1657) củaCyrano de Bergerac,Từ Trái Đất lên Mặt Trăng (De la Terre à la Lune, trajet direct en 97 heures 20 minutes, 1865) củaJules Verne,Khúc dạo đầu cho Không gian (Prelude to Space, 1951) củaArthur C. Clarke.[33]
Ví dụ về những nhạc phẩm có tiêu đề liên hệ đến Mặt Trăng làClair de lune (1905) trong giao hưởng củaClaude Debussy,[232]Fly me to the Moon viết bởi Bart Howard và biểu diễn bởi Quincy Jones-Frank Sinatra (1964) – bài hát đầu tiên được phát trên Mặt Trăng trong nhiệm vụApollo 11,[233] albumThe Dark Side of the Moon (1973) củaPink Floyd,[234]Walking on the Moon (1979) củaThe Police.[235]
^abGiá trị độ dẹt được tính bằng độ lớn tuyệt đối của mức dẹt, 2,17±0,12 km,[8]tr.1604 chia cho bán kính trung bình, 1737,103±0,015 km.[8]tr.1606
^abGiá trị chu vi tại xích đạo được tính bằng 2π nhân với giá trị bán kính trung bình tại xích đạo, 1738,139±0,065 km.[8]tr.1606
^Giá trị tốc độ quay tại xích đạo được tính bằng chu vi xích đạo - tức 2π nhân với giá trị bán kính trung bình tại xích đạo là 1738,139±0,065 km[8]tr.1606 - chia cho chu kỳ thiên văn 27,3216610 ngày.[11]tr.30
^Charon có tỷ lệ kích thước so vớiPluto lớn hơn, nhưng Pluto hiện nay không được xếp là hành tinh, mà được xếp loại làhành tinh lùn.[6]tr.427
^Thang thời gian 81 nghìn năm là khoảng thời gian đủ để 99% bề mặt Mặt trăng bị các vụ va chạm mới (chưa từng xuất hiện trước đó 81 nghìn năm) làm xới trộn ít nhất 2 xăngtimét lớp đất mặt trên cùng, bởi chính vật thể va chạm vào và bởi vật liệu văng ra từ vụ va chạm sau đó rơi xuống.[90]phần 'Modelling splotch accumulation'
^Các giá trị đường kính góc 29,4 phút cung, khi Mặt trăng ở xa nhất, và 33,5 phút cung, khi Mặt trăng ở gần nhất, là các giá trị quan sát giả định từ tâm Trái Đất (hoặc từ điểm quan sát được Mặt trăng mà nằm xa Mặt trăng nhất trên bề mặt Trái đất), tính xấp xỉ theo radian bằng đường kính Mặt trăng (2 lần 1738,2 km[4]tr.309) chia cho khoảng cách nối tâm Trái đất và tâm Mặt trăng. Các giá trị đường kính góc 29,9 phút cung, khi Mặt trăng ở xa nhất, và 34,1 phút cung, khi Mặt trăng ở gần nhất, là các giá trị quan sát giả định từ điểm sát Mặt trăng nhất trên bề mặt Trái đất (tại xích đạo, Mặt trăng ở thiên đỉnh), tính xấp xỉ theo radian bằng đường kính Mặt trăng chia cho khoảng cách nối tâm Trái đất và tâm Mặt trăng trừ đi bán kính Trái đất (6376,1 km[4]tr.240). Các giá trị này đạt nhỏ nhất (29,4 và 29,9 phút cung) khi khoảng cách nối tâm Trái Đất Mặt Trăng lớn nhất là 406700 km,[4]tr.308 và đạt lớn nhất (33,5 và 34,1 phút cung) khi khoảng cách trên nhỏ nhất là 356400 km.[4]tr.308
^Thành phần này thường được ký hiệu làM2, vớiM là chữ cái đầu củaMoon - tức Mặt trăng trong tiếng Anh, và 2 thể hiện rằng có 2 chu kỳ thủy triều ứng với một chu kỳ quay của một điểm trên bề mặt Trái đất so với Mặt trăng.[143]tr.40
Lỗi chú thích: Thẻ<ref> có tên “Smith1997” được định nghĩa trong<references> có tên “↓” không có nội dung.
Lỗi chú thích: Thẻ<ref> có tên “Habibullin1974” được định nghĩa trong<references> có tên “↓” không có nội dung.
^abcdefghijklmnopqrstuvwxyzaaabacadaePhạm Viết Trinh và các tác giả khác,Từ điển Bách khoa Thiên văn học,Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1999, Mã số 52 - 52 / KHKT - 1999, Giấy phép xuất bản số 41 - 220 cấp ngày 20 tháng 1 năm 1999, in xong và nộp lưu chiểu vào tháng 8 năm 1999
^abcdeS. Mighani và các tác giả khác,The end of the lunar dynamo"Bản sao đã lưu trữ". Bản gốc lưu trữ ngày 12 tháng 2 năm 2022. Truy cập ngày 12 tháng 2 năm 2022.{{Chú thích web}}: Quản lý CS1: bot: trạng thái URL ban đầu không rõ (liên kết), tạp chí Science Advances, 2020, số 6, quyển 1, tr.eaax0883, DOI 10.1126/sciadv.aax0883,pmid 31911941,pmc 6938704,Bibcode 2020SciA....6..883M
^abcWeber và các tác giả khác,Seismic Detection of the Lunar Core"Bản sao đã lưu trữ". Bản gốc lưu trữ ngày 12 tháng 2 năm 2022. Truy cập ngày 12 tháng 2 năm 2022.{{Chú thích web}}: Quản lý CS1: bot: trạng thái URL ban đầu không rõ (liên kết), tạp chí Science, 21 tháng 1 năm 2011, số 331, quyển 6015, tr.309–312, DOI 10.1126/science.1199375,pmid 21212323,Bibcode 2011Sci...331..309W,s2cid 206530647
"Moon Articles".Planetary Science Research Discoveries. Hawai'i Institute of Geophysics and Planetology.Lưu trữ bản gốc ngày 17 tháng 11 năm 2015. Truy cập ngày 18 tháng 11 năm 2006.
Wilhelms, D.E. (1987)."Geologic History of the Moon".U.S. Geological Survey Professional Paper. Professional Paper. Quyển 1348.doi:10.3133/pp1348.Lưu trữ bản gốc ngày 23 tháng 2 năm 2019. Truy cập ngày 12 tháng 4 năm 2007.
"Google Moon". Google. 2007. Truy cập ngày 12 tháng 4 năm 2007.
"Lunar Atlases". Viện Mặt Trăng và Hành tinh. Bản gốc lưu trữ ngày 7 tháng 2 năm 2005. Truy cập ngày 12 tháng 4 năm 2007.{{Chú thích web}}: Quản lý CS1: bot: trạng thái URL ban đầu không rõ (liên kết)
Aeschliman, R."Lunar Maps".Planetary Cartography and Graphics.Bản gốc lưu trữ ngày 29 tháng 5 năm 2015. Truy cập ngày 12 tháng 4 năm 2007.
"Current Moon Phase". 2007. Bản gốc lưu trữ ngày 11 tháng 3 năm 2018. Truy cập ngày 12 tháng 4 năm 2007.{{Chú thích web}}: Quản lý CS1: bot: trạng thái URL ban đầu không rõ (liên kết)
Vệ tinh của vệ tinh GHI CHÚ: Các vệ tinh đượcin nghiêng không gần với dạngcân bằng thủy tĩnh; các vệ tinh [trong ngoặc vuông] có hoặc không có khả năng gần với dạng cân bằng thủy tĩnh.
.svg)
_and_north_pole_(right).webp)
.jpg)
.jpg)
.png)
.jpg)
