Một giả thuyết được chấp nhận rộng rãi cho rằng Mặt trăng hình thành cách đây hơn 4,5 tỷ năm,<ref name="Nemchin2009"/> không lâu sau khi [[Lịch sử Trái đất|Trái đất hình thành]],<ref>Brent Dalrymple, ''[http://sp.lyellcollection.org/lookup/doi/10.1144/GSL.SP.2001.190.01.14 The age of the Earth in the twentieth century: a problem (mostly) solved]'', Xuất bản phẩm đặc biệt của Hội Địa lý Luân Đôn, 2001, số 190, quyển 1, tr.205–221, DOI 10.1144/GSL.SP.2001.190.01.14, [[Bibcode]] 2001GSLSP.190..205D, [[s2cid]] 130092094</ref> từ vật chất văng ra sau một [[giả thuyết va chạm lớn|vụ va chạm lớn]] giữa Trái đất và một thiên thể giả định mang tên [[Theia (hành tinh)|Theia]]{{refn|group=↓|name=theia|Đặt tên theo thần [[Theia]], trong [[thần thoại Hy Lạp]], người sinh ra nữ thần Mặt trăng [[Selene]].<ref name="Romans2010/>}} có kích thước cỡ [[Sao hỏa]].<ref name="Junjun"/><ref name=Dana-Mackenzie/>

Mặt trăng ở trong [[khóa thủy triều|quỹ 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, là [[mặt gần Mặt Trăng|mặt gần]].<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/4-5-phases-and-motions-of-the-moon tr.123]} Do hiện tượng [[bình 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%).<ref name="Kopal"/>^{[https://books.google.com.vn/books?id=wrPvCAAAQBAJ&pg=PA18 tr.18]} Các [[pha Mặt trăng]], từ [[trăng tròn]] đến [[trăng tối]], tuần hoàn theo chu kỳ giao hội 29,5 ngày,<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/4-5-phases-and-motions-of-the-moon tr.123]} tạo thành cơ sở cho [[lịch Mặt trăng]] (âm lịch).<ref name="TrinhPV"/>^tr.208-209 [[Đường kính góc]] của Mặt trăng trên bầu trời tương đương với Mặt trời, khoảng hơn nửa [[độ (góc)|độ]], do đó Mặt trăng che kín Mặt trời trong [[nhật thực]] toàn phần.<ref name="TrinhPV"/>^tr.253 [[Lực hấp dẫn]] của Mặt trăng gây ra [[thủy triều]] trên đại dương ở Trái đất, đồng thời gây ra [[thủy triều Trái Đất|hiệu ứng tương tự]] cho phần vỏ và lõi đất đá của Trái đất, và làm cho một ngày ở Trái đất [[gia tốc thủy triều|dài hơn]] một chút.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/4-6-ocean-tides-and-the-moon tr.125-128]} Khoảng cách trung bình từ Mặt trăng đến Trái đất là khoảng 384000&nbsp;[[kilomét|km]],<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/1-6-a-tour-of-the-universe tr.19]} tương đương 1,28&nbsp;[[đơn vị khoảng cách ánh sáng|giây ánh sáng]], hay khoảng 30 lần đường kính Trái đất.<ref name="TrinhPV"/>^tr.223 Trong tương lai xa, khoảng cách từ Mặt trăng đến Trái đất sẽ tăng dần, do hiệu ứng thủy triều, và Mặt trăng sẽ xuất hiện nhỏ dần.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/4-6-ocean-tides-and-the-moon tr.128]}

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.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-4-the-origin-of-the-moon tr.321]}<ref name="Asphaug">Asphaug, ''[https://doi.org/10.1146/annurev-earth-050212-124057 Impact Origin of the Moon?]'', Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 2014, số 42, p.551-578, DOI 10.1146/annurev-earth-050212-124057</ref> Giả thuyết này cho rằng hệ Trái đất - Mặt trăng hình thành sau [[giả thuyết va chạm lớn|một vụ va chạm lớn]], lệch tâm, giữa một thiên thể có kích thước cỡ [[Sao hỏa]], tên là ''[[Theia (hành tinh)|Theia]]'', với [[Nguồn gốc hình thành Trái đất|thiên thể tiền Trái đất]].<ref name="Junjun"/><ref name="Canup"/> 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.<ref name="Bottke2015">Bottke và các tác giả khác, ''[https://www.boulder.swri.edu/~bottke/Reprints/Bottke_2015_Science_348_321_Dating_Moon_Formation_Ast_Meteorites.pdf Dating the Moon-forming impact event with asteroidal meteorites]'', tạp chí Science, 2015, số 348, tr.321-323, DOI 10.1126/science.aaa0602</ref> 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.<ref name=Dana-Mackenzie/>

Các vụ va chạm lớn được cho là có khả năng xảy ra trong giai đoạn hình thành của Hệ Mặt trời.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/14-3-formation-of-the-solar-system tr.510]}<ref name="Asphaug"/> 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.<ref name="Canup">Canup và Asphaug, ''[https://doi.org/10.1038/35089010 Origin of the Moon in a giant impact near the end of Earth's formation]'', [[tạp chí Nature]], 2001, số 412, quyển 6848, tr.708–712, DOI 10.1038/35089010, [[pmid]] 11507633, [[Bibcode]] 2001Natur.412..708C, [[s2cid]] 4413525</ref><ref name="Asphaug"/> 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.<ref>Brian Tonks và Jay Melosh, ''[https://doi.org/10.1029/92JE02726 Magma ocean formation due to giant impacts]'', [[Journal of Geophysical Research]], 1993, số 98, quyển E3, tr.5319–5333, [[Bibcode]] 1993JGR....98.5319T, DOI 10.1029/92JE02726</ref> Tương tự, Mặt trăng mới hình thành cũng có [[đại dương magma Mặt trăng|đại dương magma của nó]].<ref name="Warren1985" /> 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.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-4-the-origin-of-the-moon tr.321]}<ref name="Asphaug"/> 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.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-4-the-origin-of-the-moon 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 độ [[đồng vị]] [[oxy]].<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-4-the-origin-of-the-moon tr.321]}

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.<ref name="Asphaug"/><ref name="Clery">Daniel Clery, ''[https://doi.org/10.1126/science.342.6155.183 Impact Theory Gets Whacked]'', [[tạp chí Science]], 11 tháng 10 năm 2013, số 342, quyển 6155, tr.183–185, DOI 10.1126/science.342.6155.183, [[Bibcode]] 2013Sci...342..183C, [[pmid]] 24115419</ref> Năm 2001, một nhóm nghiên cứu ở Viện Carnegie tại Washington báo cáo kết quả đo đạc [[đặc trưng đồng vị]] oxy trong đá Mặt trăng có độ chính xác cao, cho thấy tính chất giống với đá ở Trái đất.<ref name=wiechert>Wiechert và các tác giả khác, ''[https://doi.org/10.1126/science.1063037 Oxygen Isotopes and the Moon-Forming Giant Impact]'', [[tạp chí Science]], tháng 10 năm 2001, số 294, quyển 12, tr.345–348, DOI 10.1126/science.1063037, [[pmid]] 11598294, [[Bibcode]] 2001Sci...294..345W, [[s2cid]] 29835446</ref> Các nghiên cứu khác sau đó cũng chỉ ra tỷ lệ đồng vị [[wolfram]] và [[titani]] ở vỏ Mặt trăng giống hệt với Trái đất.<ref name="Touboul1">Mathieu Touboul và các tác giả khác, ''[https://doi.org/10.1038/nature06428 Late formation and prolonged differentiation of the Moon inferred from W isotopes in lunar metals]'', [[tạp chí Nature]], 2007, số 450, quyển 7173, tr.1206–1209, DOI 10.1038/nature06428, [[pmid]] 18097403, [[Bibcode]] 2007Natur.450.1206T, [[s2cid]] 4416259</ref><ref name="Junjun">Junjun Zhang và các tác giả khác, ''[https://doi.org/10.1038/ngeo1429 The proto-Earth as a significant source of lunar material]'', tạp chí Nature Geoscience, 2012, số 5, tr.251–255, DOI 10.1038/ngeo1429</ref> 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.<ref name="Asphaug"/><ref name="Mastrobuono-Battisti1"/> 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.<ref name="Junjun"/><ref name="Mastrobuono-Battisti1"/> 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,<ref name="Mastrobuono-Battisti1"/><ref name="Touboul1"/> bao gồm cả đề xuất xem xét lại toàn diện giả thuyết va chạm lớn.<ref name="Asphaug"/><ref name="Clery"/> Một số nghiên cứu cho rằng có khả năng Theia tương đồng hóa học với thiên thể tiền Trái đất,<ref>Dauphas, ''[https://doi.org/10.1038/nature20830 The isotopic nature of the Earth’s accreting material through time]'', tạp chí Nature, 2017, số 541, tr.521–524, DOI 10.1038/nature20830</ref> với xác suất tới 20%,<ref name="Mastrobuono-Battisti1">Alessandra Mastrobuono-Battisti, Hagai Perets và Sean Raymond, ''[https://www.nature.com/articles/nature14333.epdf A primordial origin for the compositional similarity between the Earth and the Moon]'', tạp chí Nature, 2015, số 520, tr.212–215, DOI 10.1038/nature14333</ref> dù có ước lượng trước đó chỉ là chưa đến 2%.<ref name="Pahlevan2007">Kaveh Pahlevan và David Stevenson, ''[https://doi.org/10.1016/j.epsl.2007.07.055 Equilibration in the Aftermath of the Lunar-forming Giant Impact]'', tạp chí [[Earth and Planetary Science Letters]], tháng 10 năm 2007, số 262, quyển 3–4, tr.438–449, DOI 10.1016/j.epsl.2007.07.055, [[Bibcode]] 2007E&PSL.262..438P, [[arxiv]] 1012.5323, [[s2cid]] 53064179</ref> 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,<ref name="Pahlevan2007" /><ref name="Touboul2">Mathieu Touboul và các tác giả khác, ''[https://www.nature.com/articles/nature14355 Tungsten isotopic evidence for disproportional late accretion to the Earth and Moon]'', tạp chí Nature, 2015, số 520, tr.530-533, [[PMID]] 25855299, DOI 10.1038/nature14355</ref> dù có nhà nghiên cứu nghi ngờ về khả năng này.<ref>Melosh, ''[https://www.lpi.usra.edu/meetings/metsoc2009/pdf/5104.pdf An Isotopic Crisis for the Giant Impact Origin of the Moon?]'', Kỷ yếu Hội thảo Hàng năm lần thứ 72 của Hiệp hội Vẫn thạch, in trong Phụ trương của Tạp chí Meteoritics and Planetary Science, 2009, tr.5104, [[Bibcode]] 2009M&PSA..72.5104M</ref> Trong mọi trường hợp, sự tương đồng hóa học chứng tỏ Mặt trăng không hình thành ở xa và độc lập với Trái đất.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-4-the-origin-of-the-moon 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.<ref name="Asphaug"/><ref>Simon Lock và Sarah Stewart, ''[https://doi.org/10.1002/2016JE005239 The structure of terrestrial bodies: Impact heating, corotation limits, and synestias]'', tạp chí JGR Planets, tháng 5 năm 2017, số 122, quyển 5, tr.950-982, DOI 10.1002/2016JE005239</ref><ref>Rufu, Aharonson và Perets, ''[https://doi.org/10.1038/ngeo2866 A multiple-impact origin for the Moon]'', tạp chí Nature Geoscience, 2017, số 10, tr.89–94, DOI 10.1038/ngeo2866</ref> 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.<ref name="2m">Jutzi và Asphaug, ''[https://doi.org/10.1038/nature10289 Forming the lunar farside highlands by accretion of a companion moon]'', tạp chí Nature, 2011, số 476, tr.69–72</ref> Sau đó, chúng nhập lại thành Mặt trăng trong một va chạm ở tốc độ thấp.<ref name="2m"/> Ý tưởng này giải thích được việc vỏ Mặt trăng ở mặt xa dày hơn so với mặt gần.<ref name="2m"/>

Lõi Mặt trăng có ít nhất một phần nóng chảy, có độ dẫn điện cao và khối lượng riêng lớn hơn lớp phủ.<ref name="W06" />^tr.326 Tuy nhiên thành phần hóa học của lõi Mặt trăng chưa được xác định chắc chắn.<ref name="W06" />^tr.326 Có giả thuyết cho rằng lõi gồm hợp kim sắt-sắt sulfide-carbon nóng chảy với bán kính dưới 375&nbsp;km.<ref name="W06" />^tr.326 Cũng có giả thuyết khác chỉ ra lõi lớn hơn một chút với thành phần gồm silicat nóng chảy pha thêm sắt và [[titani]].<ref name="W06" />^tr.326 Lõi này có thể gồm phần lõi trong [[chất rắn|rắn]] chiếm khoảng 40% thể tích, và phần lõi ngoài [[chất lỏng|nóng chảy]] chiếm khoảng 60% thể tích.<ref name="Weber2011"/>

[[Địa hình Mặt trăng]] đã được đo bằng [[đo độ cao bằng laser|laser]] và [[xử lý ảnh nổi|xử lý ảnh stereo]].<ref name="Spudis1998">Spudis và các tác giả khác, ''[https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1998nvmi.conf...69S/abstract Topography of the South Polar Region from Clementine Stereo Imaging]'', Hội thảo chủ đề 'New Views of the Moon: Integrated Remotely Sensed, Geophysical, and Sample Datasets', tháng 1 năm 1998, tr.69, [[Bibcode]] 1998nvmi.conf...69S</ref> Một đặc trưng địa hình nổi bật là [[bồn địa Nam cực - Aitken]] ở phía nam mặt xa Mặt trăng.<ref>Pieters và các tác giả khác, ''[https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1029/97GL01718 Mineralogy of the Mafic Anomaly in the South Pole‐Aitken Basin: Implications for excavation of the lunar mantle]'', tạp chí [[Geophysical Research Letters]], 1997, số 24, quyển 15, tr.1903–1906, DOI [https://doi.org/10.1029/97GL01718 10.1029/97GL01718], [[Bibcode]] 1997GeoRL..24.1903P, [[hdl]] 2060/19980018038</ref> Đây là hố va chạm lớn nhất trong Hệ Mặt trời với đường kính 2500 km.<ref name="Spudis1994" /> Bồn địa này chứa điểm sâu nhất trên Mặt trăng có độ sâu khoảng 13 km so với vùng xung quanh rìa.<ref name="Spudis1994" /><ref name="LOLA"/> Điểm cao nhất trên Mặt trăng nằm ngay phía đông bắc bồn địa này,<ref name="LOLA"/> thuộc khu vực có thể được nâng lên do vụ va chạm nghiêng mà đã tạo ra bồn địa Nam Cực - Aitken.<ref>Schultz, ''[https://www.lpi.usra.edu/meetings/lpsc97/pdf/1787.PDF Forming the south-pole Aitken basin – The extreme games]'', tháng 3 năm 1997, số 28, tr.1259, Báo cáo Hội nghị Hàng năm về Khoa học Mặt trăng và Hành tinh lần thứ 28, [[Bibcode]] [https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1997LPI....28.1259S/abstract 1997LPI....28.1259S]</ref> Các bồn địa nổi bật khác hình thành từ các vụ va chạm lớn trong thời kỳ đầu của Mặt trăng gồm có [[biển Mặt trăng|biển]] [[Biển Mưa|Mưa]], [[Biển Trong Sáng|Trong Sáng]], [[Biển Khủng Hoảng|Khủng Hoảng]] ở mặt gần và [[biển Đông Phương|Đông Phương]] ở ranh giới của hai mặt<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-2-the-lunar-surface tr.312]}<ref name="Head1991">Head và các tác giả khác, ''[https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19910010689.pdf Orientale and South Pole-Aitken Basins on the Moon: Preliminary Galileo Imaging Results]'', Báo cáo Hội nghị Khoa học Mặt trăng và Hành tinh lần thứ 22, 1991, Houston, Texas, tr.23-26, [[Bibcode]] 1991LPICo.758...23H</ref><ref name="TrinhPV"/>^tr.225 - chúng đều có phần trung tâm sâu và phần rìa cao.<ref name="LOLA"/><ref name="Spudis1994" /> Mặt xa cao hơn mặt gần trung bình khoảng 1,9 km.<ref name="W06" />

[[Liên đoàn Thiên văn Quốc tế]] khuyến nghị [[kinh tuyến gốc]] của hệ tọa độ địa lý Mặt trăng đi qua điểm trung tâm trung bình của mặt gần Mặt trăng.<ref name="IAU-LCS">Archinal và các tác giả khác, ''[https://rdcu.be/b32V4 Report of the IAU Working Group on Cartographic Coordinates and Rotational Elements: 2015]'', tạp chí Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, 2018, số 130, quyển 22, DOI [https://doi.org/10.1007/s10569-017-9805-5 10.1007/s10569-017-9805-5]</ref><ref>Merton Davies và Tim Colvin, ''[https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1029/1999JE001165%4010.1002/%28ISSN%292169-9100.NEWVIEWS1 Lunar coordinates in the regions of the Apollo landers]'', tạp chí Geophysical Research, 25 tháng 8 năm 2000, số 105, quyển E8, tr.20277-20280, DOI [https://doi.org/10.1029/1999JE001165 10.1029/1999JE001165]</ref> Trong hệ tọa độ này, hố va chạm nhỏ bé mang tên [[Mösting 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.<ref>Habibullin, ''[http://adsabs.harvard.edu/pdf/1971Moon....3..231C On the Systems of Selenographic Coordinates, Their Determination and Terminology]'', The Moon, số 3, 1971, tr.231-238, Bibcode 1971Moon....3..231C</ref><ref>Wollenhaupt, Osburn, và Ransford, ''[https://doi.org/10.1007/bf00562109 Comments on the figure of the moon from apollo landmark tracking]'', tạp chí The Moon, 1972, số 5, tr.149–157, DOI 10.1007/bf00562109</ref>

''[[Tàu quỹ đạo Trinh sát Mặt trăng]]'' năm 2010 đã phát hiện ra các vách [[đứt 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.<ref>Thomas Watters và các tác giả khác, ''[https://www.uni-muenster.de/imperia/md/content/planetology/lectures/ss2015/143897-hottopics/watters_et_al._2010.pdf Evidence of Recent Thrust Faulting on the Moon Revealed by the Lunar Reconnaissance Orbiter Camera]'', tạp chí Science, 20 tháng 8 năm 2010, số 329, quyển 5994, tr.936-940, DOI: [https://doi.org/10.1126/science.1189590 10.1126/science.1189590]</ref> Các dấu hiệu co ngót tương tự cũng đã được quan sát trên [[Sao thủy]].<ref>Thomas Watters, ''[https://www.nature.com/articles/s43247-020-00076-5 A case for limited global contraction of Mercury]'', tạp chí Communications Earth & Environment, 14 tháng 1 năm 2021, số 2, bài số 9, DOI [https://doi.org/10.1038/s43247-020-00076-5 10.1038/s43247-020-00076-5]</ref> Một nghiên cứu thực hiện với 12000 bức ảnh chụp được từ tàu quỹ đạo cho thấy [[biển 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.<ref>Nathan Williams và các tác giả khác, ''[https://doi.org/10.1016/j.icarus.2019.03.002 Evidence for recent and ancient faulting at Mare Frigoris and implications for lunar tectonic evolution]'', tạp chí Icarus, 1 tháng 7 năm 2019, số 326, tr.151-161, DOI 10.1016/j.icarus.2019.03.002</ref> Mặt trăng không có các mảng kiến tạo<ref name="W06"/> 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<ref name="watters2019"/> và một phần do lực thủy triều.<ref name="watters2019">Thomas Watters và các tác giả khác, ''[https://doi.org/10.1038/s41561-019-0362-2 Shallow seismic activity and young thrust faults on the Moon]'', Nature Geoscience, 13 tháng 5 năm 2019, số 12, quyển 6, tr.411–417, DOI 10.1038/s41561-019-0362-2, [[Bibcode]] 2019NatGe..12..411W, [[s2cid]] 182137223</ref>

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.<ref name="Wlasuk">Peter Wlasuk, ''[https://books.google.com/books?id=TWtLIOlPwS4C Observing the Moon]'', [[Springer Science+Business Media|Springer]], 2000, ISBN 978-1-85233-193-1</ref>^{[https://books.google.com.vn/books?id=TWtLIOlPwS4C&pg=RA2-PA10 tr.19-20]}<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-2-the-lunar-surface 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 thành [[bazan]] tối màu.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-2-the-lunar-surface 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<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-2-the-lunar-surface tr.312]} nhưng rất thiếu khoáng chất.<ref name="W06"/> Các dòng dung nham đã phun trào ra bề mặt và chảy vào các [[hố va chạm]] lớn trong thời đầu lịch sử Mặt trăng.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-2-the-lunar-surface tr.312]} Biển che phủ 17% diện tích Mặt trăng và hầu hết nằm ở [[mặt gần Mặt trăng|mặt gần]],<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-2-the-lunar-surface tr.312]} biển ở [[mặt xa Mặt trăng|mặt xa]] chỉ chiếm khoảng 1% bề mặt.<ref>Gillis và Spudis, ''[https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1996LPI....27..413G/abstract The Composition and Geologic Setting of Lunar Far Side Maria]'', tạp chí [[Lunar and Planetary Science]], 1996, số 27, tr.413, [[Bibcode]] 1996LPI....27..413G</ref>  

Một số biển ở mặt gần chứa các [[vòm Mặt trăng|vòm]] núi lửa mà có thể hình thành từ magma có độ nhớt cao hơn đáng kể.<ref>Lionel Wilson và James Head, ''[https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2002JE001909 Lunar Gruithuisen and Mairan domes: Rheology and mode of emplacement]'', [[Journal of Geophysical Research]], 2003, số 108, quyển E2, tr.5012, DOI [https://doi.org/10.1029/2002JE001909 10.1029/2002JE001909], [[Bibcode]] 2003JGRE..108.5012W, [[citeseerx]] 10.1.1.654.9619</ref> Bản đồ hóa địa chất Mặt trăng, đo bởi phổ kế gamma của vệ tinh ''[[Lunar 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.<ref name="S06" /><ref>Lawrence và các tác giả khác, ''[http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/281/5382/1484 Global Elemental Maps of the Moon: The Lunar Prospector Gamma-Ray Spectrometer]'', [[tạp chí Science]], 11 tháng 8 năm 1998, số 281, quyển 5382, tr.1484–1489, DOI [https://doi.org/10.1126/science.281.5382.1484 10.1126/science.281.5382.1484], [[PMID]] 9727970, [[Bibcode]] 1998Sci...281.1484L</ref> Đa số bazan hình thành nên các biển nhỏ nằm xen kẽ giữa các vùng cao đã phun trào trong [[kỷ Mưa]], 3,2–3,8&nbsp;tỷ năm trước, còn riêng ở [[biển Mưa]] và [[Đại dương Bão]], hoạt động phun trào đã kéo dài từ 4,2 đến khoảng 1&nbsp;tỷ năm trước.<ref name="S06" /> Theo một nghiên cứu định tuổi bằng phương pháp [[đếm 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.<ref name="Hiesinger" /> Năm 2006, một nghiên cứu đã phát hiện [[hố va chạm Ina]] trong biển [[Hồ Hạnh Phúc]] có những đặc điểm trẻ với tuổi chỉ khoảng 10 triệu năm.<ref name="Schultz_etal_2006">Peter Schultz, Matthew Staid và Carlé Pieters, ''[https://www.nature.com/articles/nature05303 Lunar activity from recent gas release]'', tạp chí Nature, 2006, số 444, tr.184–186, DOI [https://doi.org/10.1038/nature05303 10.1038/nature05303]</ref> Các trận [[động đất Mặt trăng|động đất]] cùng hiện tượng thoát khí ra bề mặt cho thấy một số hoạt động địa chất của Mặt trăng vẫn tiếp tục.<ref name="Schultz_etal_2006"/> Một nghiên cứu năm 2014 sử dụng ảnh chụp của ''[[Tàu quỹ đạo Trinh sát Mặt trăng]]'' đã chỉ ra những vùng có tuổi ít hơn 100 triệu năm.<ref name="Braden2014">Sarah Braden và các tác giả khác, ''[https://www.nature.com/articles/ngeo2252 Evidence for basaltic volcanism on the Moon within the past 100 million years]'', tạp chí Nature Geoscience, 2014, số 7, tr.787–791, DOI [https://doi.org/10.1038/ngeo2252 10.1038/ngeo2252]</ref> 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.<ref>Mark Wieczorek và Roger Phillips, ''[https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/1999JE001092 The “Procellarum KREEP Terrane”: Implications for mare volcanism and lunar evolution]'', Journal of Geophysical Research: Planets, 25 tháng 8 năm 2000, số 105, quyển E8, tr.20417-20430, DOI [https://doi.org/10.1029/1999JE001092 10.1029/1999JE001092]</ref><ref name="Braden2014"/> Ở [[bồn 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.<ref>Yuichiro Cho và các tác giả khác, ''[https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2012GL051838 Young mare volcanism in the Orientale region contemporary with the Procellarum KREEP Terrane (PKT) volcanism peak period 2 b.y. ago]'', [[Geophysical Research Letters]], 2012, số 39, quyển 11, tr.L11203, [[Bibcode]] 2012GeoRL..3911203C, DOI [https://doi.org/10.1029/2012GL051838 10.1029/2012GL051838]</ref>

Các khu vực có màu sáng hơn trên Mặt trăng được gọi là các ''vùng cao'' bởi chúng có độ cao lớn hơn hầu hết biển Mặt trăng.<ref name="W06"/> Vùng cao có thành phần chủ yếu là [[plagiocla]] [[đá tích lũy|tích 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.<ref name="W06"/><ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-2-the-lunar-surface 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.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-2-the-lunar-surface 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.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-2-the-lunar-surface tr.310]}<ref name="W06"/> Tổng diện tích vùng cao chiếm 83% bề mặt Mặt trăng.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-2-the-lunar-surface 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.<ref name="2m"/>

Khi những [[tiểu hành tinh]] và [[sao chổi]] va chạm với bề mặt Mặt trăng, các hố va chạm hình thành và bề mặt chịu tác động đáng kể.<ref>Collins, Melosh và Osinski, ''[https://www.researchgate.net/publication/275838248_The_Impact-Cratering_Process The Impact-Cratering Process]'', tạp chí Elements, 2012, số 8, quyển 1, tr.25–30, DOI [https://doi.org/10.2113/gselements.8.1.25 10.2113/gselements.8.1.25]</ref> Theo ước tính chỉ riêng mặt gần của Mặt trăng đã có khoảng 300.000 hố rộng hơn 1 km.<ref name="Wlasuk"/>^{[https://books.google.com.vn/books?id=TWtLIOlPwS4C&pg=RA2-PA4 tr.13]} [[Niên đại địa chất Mặt trăng]] căn cứ vào những sự kiện va chạm nổi bật nhất ở bồn địa [[biển Mật Hoa|Mật Hoa]], [[biển Mưa|Mưa]], [[biển Đông Phương|Đông Phương]]<ref name="Wilhelms1987"/>^{[http://ser.sese.asu.edu/GHM/ghm_07txt.pdf tr.123]} và đại diện bởi tuổi của [[hố va chạm Copernicus]] và [[hố va chạm Eratosthenes|Eratosthenes]].<ref name="Wilhelms1987"/>^{[http://ser.sese.asu.edu/GHM/ghm_12txt.pdf tr.249]} Đây là những cấu trúc để lại các dấu hiệu [[địa 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.<ref name="Wilhelms1987"/>^{[http://ser.sese.asu.edu/GHM/ghm_12txt.pdf 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.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-thinking-ahead tr.303],[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-3-impact-craters,315]} Chỉ có ít cấu trúc địa chất trên Mặt trăng được định tuổi chính xác bằng phương pháp đo đặc trưng đồng vị,<ref name="Wilhelms1987"/>^{[http://ser.sese.asu.edu/GHM/ghm_08txt.pdf tr.168-169,177-178],[http://ser.sese.asu.edu/GHM/ghm_09txt.pdf 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.<ref name="Wilhelms1987"/>^{[http://ser.sese.asu.edu/GHM/ghm_07txt.pdf 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.<ref name="Wilhelms1987"/>^{[http://ser.sese.asu.edu/GHM/ghm_07txt.pdf tr.129]}

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.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-3-impact-craters 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 ra [[sóng xung kích]] và nhiệt làm nứt tầng đá nền bên dưới và bốc hơi lớp silicat bề mặt.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-3-impact-craters 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.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-3-impact-craters 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.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-3-impact-craters tr.316]} Các vụ lở đất ở gần vành tạo nên cấu trúc dốc dạng bậc thang.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-3-impact-craters 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.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-3-impact-craters tr.316]} Các mảnh to và bay nhanh rơi cách xa hố và thường tạo ra thêm hố nhỏ.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-3-impact-craters tr.316]}

Phủ bên trên bề mặt Mặt trăng là [[lớp đất mặt]] gồm đá bị tán vụn có nguồn gốc từ va chạm.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-2-the-lunar-surface tr.314]} Cứ sau mỗi sự kiện va chạm thì chúng lại vỡ vụn thành những mảnh nhỏ hơn.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-2-the-lunar-surface tr.314]} [[Đất Mặt trăng]] có thành phần chiếm gần nửa là [[silic dioxide|silica]] và các thành phần khác là một số oxit kim loại.<ref name="regolithcomp"/><ref name="glass">Schleppi và các tác giả khác, ''[https://link.springer.com/article/10.1007/s10853-018-3101-y Manufacture of glass and mirrors from lunar regolith simulant]'', Journal of Materials Science, 2019, số 54, tr.3726–3747, DOI [https://doi.org/10.1007/s10853-018-3101-y 10.1007/s10853-018-3101-y]</ref> 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.<ref name="Heiken">Heiken, Vaniman và French, ''[https://www.lpi.usra.edu/publications/books/lunar_sourcebook/ Lunar Sourcebook, a user's guide to the Moon]'', [[Nhà xuất bản Đại học Cambridge]], 1991, New York, ISBN 978-0-521-33444-0</ref>^{[https://www.lpi.usra.edu/publications/books/lunar_sourcebook/pdf/Chapter04.pdf tr.88,93],[https://www.lpi.usra.edu/publications/books/lunar_sourcebook/pdf/Chapter07.pdf 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.<ref name="Heiken"/>^{[https://www.lpi.usra.edu/publications/books/lunar_sourcebook/pdf/Chapter04.pdf 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.<ref name="Heiken"/>^{[https://www.lpi.usra.edu/publications/books/lunar_sourcebook/pdf/Chapter07.pdf tr.337]}

Trong ba tỷ năm qua, tốc độ sản sinh hố là một hố đường kính 1 [[kilomét|km]] 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.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-3-impact-craters tr.319]} Tốc độ sản sinh hố cao hơn gấp nhiều lần trước thời điểm cách đây gần 4 tỷ năm.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-3-impact-craters tr.319]} Tuổi của đá nóng chảy do va chạm thu thập từ các hố va chạm trong [[chương trình Apollo]] gợi ý về sự kiện [[biến 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,<ref>Cohen, Swindle và Kring, ''[https://science.sciencemag.org/content/290/5497/1754 Support for the Lunar Cataclysm Hypothesis from Lunar Meteorite Impact Melt Ages]'', Science, 1 tháng 12 năm 2000, số 290, quyển 5497, tr.1754-1756, DOI: [https://doi.org/10.1126/science.290.5497.1754 10.1126/science.290.5497.1754]</ref> mặc dù có nghi vấn về giả thuyết này.<ref>Hartmann, Quantin và Mangold, ''[https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019103506003150 Possible long-term decline in impact rates: 2. Lunar impact-melt data regarding impact history]'', [[tạp chí Icarus]], 2007, số 186, quyển 1, tr.11–23, DOI [https://doi.org/10.1016/j.icarus.2006.09.009 10.1016/j.icarus.2006.09.009], [[Bibcode]] 2007Icar..186...11H</ref>

Việc so sánh những hình ảnh do ''[[Tàu 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.<ref name="Speyerer">Speyerer và các tác giả khác, ''[https://www.nature.com/articles/nature19829 Quantifying crater production and regolith overturn on the Moon with temporal imaging]'', [[tạp chí Nature]], 2016, số 538, quyển 7624, tr.215–218, DOI [https://doi.org/10.1038/nature19829 10.1038/nature19829], [[PMID]] 27734864, [[Bibcode]] 2016Natur.538..215S, [[s2cid]] 4443574</ref> 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.<ref name="Speyerer"/>^tr.216-217 Cơ chế này khuấy động hai xăngtimét lớp đất mặt trên cùng ở thang thời gian 81.000 năm,{{refn|group=↓|name=timescale|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.<ref name="Speyerer"/>^{phần 'Modelling splotch accumulation'}}} nhanh hơn một trăm lần so với các mô hình lý thuyết trước đây.<ref name="Speyerer"/>

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.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-2-the-lunar-surface tr.311]}

[[File:Reiner gamma-crop.jpg|thumb|right|Xoáy [[Reiner Gamma]] ở [[Đại dương Bão]].<ref name="swirl"/>]]

Các xoáy Mặt trăng là các vùng có đặc điểm địa chất kỳ dị nằm rải rác khắp bề mặt của Mặt trăng.<ref name="swirl">Garrick-Bethell, Head và Pieters, ''[https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019103510004550  Spectral properties, magnetic fields, and dust transport at lunar swirls]'', tạp chí Icarus, số 212, quyển 2, tr.480-492, tháng 4 năm 2011, DOI: [https://doi.org/10.1016/j.icarus.2010.11.036 10.1016/j.icarus.2010.11.036], [[Bibcode]]: [https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2011Icar..212..480G/abstract 2011Icar..212..480G]</ref> 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.<ref name="swirl"/> Từ trường ở bề mặt các xoáy đều mạnh tuy nhiên không phải mọi vùng bất thường từ trường đều có xoáy.<ref name="swirl"/>  

====Nước và sự sống====

[[File:LRO Peers into Permanent Shadows.ogg|thumb|left|Video thể hiện các vùng tối vĩnh cửu trên Mặt trăng được xây dựng dựa trên dữ liệu từ Cao độ kế Laser của ''[[Tàu quỹ đạo Trinh sát Mặt trăng]]''.<ref>Mazarico và các tác giả khác, ''[https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0019103510004203 Illumination conditions of the lunar polar regions using LOLA topography]'', tạp chí Icarus, 2011, số 211, quyển 2, tr.1066-1081, DOI [https://doi.org/10.1016/j.icarus.2010.10.030 10.1016/j.icarus.2010.10.030]</ref>]]

Nước lỏng không tồn tại trên bề mặt Mặt trăng.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-1-general-properties-of-the-moon tr.309]}<ref name="Watson1961">Watson, Murray và Brown, ''[https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/JZ066i009p03033 The behavior of volatiles on the lunar surface]'', Journal of Geophysical Research, tháng 9 năm 1961, số 66, quyển 9, tr.3033-3045, DOI [https://doi.org/10.1029/JZ066i009p03033 10.1029/JZ066i009p03033]</ref> Với điều kiện trên bề mặt, nước sẽ bị bức xạ [[cực tím]] từ [[Mặt trời]] [[quang phân]] thành các chất khác.<ref name="DeSimone1"/><ref name="DeSimone2">DeSimone và Orlando, ''[https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdfdirect/10.1002/2013JE004598 Photodissociation of water and O(³PJ) formation on a lunar impact melt breccia]'', Journal of Geophysical Research: Planet, số 119, tr.894–904, DOI [https://doi.org/10.1002/2013JE004598 10.1002/2013JE004598]</ref> Ngay cả nước ngậm trong đất đá cũng bị [[giải hấp]] bởi tia cực tím của Mặt trời.<ref name="DeSimone1">DeSimone và Orlando, ''[https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdfdirect/10.1002/2013JE004599 Mechanisms and cross sections for water desorption from a lunar impact melt brecciaa]'', Journal of Geophysical Research: Planet, số 119, tr.884–893, DOI [https://doi.org/10.1002/2013JE004599 10.1002/2013JE004599]</ref> Môi trường tự nhiên của Mặt trăng không hỗ trợ [[sự sống]] vì bức xạ Mặt trời mạnh, gần như không có khí quyển, nhiệt độ cao vào ban ngày, cùng bức xạ [[ion hóa]].<ref name="Horneck1996">G. Horneck, ''[https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0273117796000956 Life sciences on the Moon]'', Advances in Space Research, 1996, số 18, quyển 11, tr.95-101, DOI [https://doi.org/10.1016/0273-1177(96)00095-6 10.1016/0273-1177(96)00095-6]</ref><ref name="Schuerger2019">Andrew C. Schuerger và các tác giả khác, ''[https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/ast.2018.1952 A Lunar Microbial Survival Model for Predicting the Forward Contamination of the Moon]'', Astrobiology, 11 tháng 6 năm 2019, số 19, quyển 6, tr.730-756, DOI [http://doi.org/10.1089/ast.2018.1952 10.1089/ast.2018.1952]</ref> 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 một [[ngày Mặt trăng]] (29,5 ngày Trái đất).<ref name="Schuerger2019"/> 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 bộ ''[[Thường Nga 4]]''.<ref name="嫦娥4"/>

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.<ref name="Watson1961"/> Trục quay của Mặt trăng đã ổn định trong vài tỷ năm trở lại đây<ref>William Ward, ''[https://science.sciencemag.org/content/189/4200/377 Past Orientation of the Lunar Spin Axis]'', [[tạp chí Science]], 1 tháng 8 năm 1975, số 189, quyển 4200, tr.377–379, DOI [https://doi.org/10.1126/science.189.4200.377 10.1126/science.189.4200.377], [[pmid]] 17840827, [[bibcode]] 1975Sci...189..377W, [[s2cid]] 21185695</ref><ref name="Tyler2021"/> và ở hai cực có những hố không nhận được ánh sáng Mặt trời trong suốt thời gian này.<ref name="Margot1999" /> Chúng có thể chứa nước đá đến từ sao chổi, gió Mặt trời, hoặc các tầng đá bên dưới.<ref name="Margot1999" /> 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.<ref name="bussey2003">Ben Bussey và các tác giả khác, ''[https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2002GL016180 Permanent shadow in simple craters near the lunar poles]'', Geophysical Research Letters, 2003, số 30, quyển 9, DOI [https://doi.org/10.1029/2002GL016180 10.1029/2002GL016180]</ref> Các kế hoạch [[định 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.<ref name="seedhouse2009" />

Những phát hiện gần đây đã xác nhận sự tồn tại của nước trên bề mặt Mặt trăng.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-1-general-properties-of-the-moon tr.309]} Năm 1998, phổ kế neutron trên tàu vũ trụ ''[[Lunar 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.<ref name="Feldman1998" /> Thủy tinh núi lửa được mang về từ Mặt trăng cũng chứa lượng nước nhỏ.<ref name="Saal2008" /> Tồn tại nước ở dạng liên kết hóa học trong đá Mặt trăng.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-1-general-properties-of-the-moon tr.309]} Vào năm 2008 phổ kế [[Máy vẽ Bản đồ Khoáng vật học Mặt trăng|''M3'']] của tàu vũ trụ ''[[Chandrayaan-1]]'' đã phát hiện sự tồn tại của nước ở cả các bề mặt được Mặt trời chiếu sáng.<ref name="Pieters2009" /> Năm 2009, ''[[LCROSS]]'' cho một tên lửa hết nhiên liệu đâm xuống vùng tối vĩnh cửu trong [[hố va chạm Cabeus]] gần cực nam và phát hiện khoảng 155 kg nước trong luồng khói bụi bốc lên từ vụ va chạm.<ref name="Colaprete2010" />

[[File:The image shows the distribution of surface ice at the Moon's south pole (left) and north pole (right).webp|thumb|left|Sự phân bổ nước đá ở các cực Mặt trăng; bên trái là cực nam, bên phải là cực bắc.<ref name="ShuaiLi"/>]]

 

Cuối năm 2020, các nhà thiên văn phát hiện [[phân tử]] [[nước]] ở phần bề mặt được chiếu sáng của Mặt trăng bằng thiết bị [[SOFIA]].<ref name="NA-20201026">Honniball và các tác giả khác, ''[https://www.nature.com/articles/s41550-020-01222-x Molecular water detected on the sunlit Moon by SOFIA]'', [[Nature Astronomy]], 2021, số 5, tr.121–127, DOI [https://doi.org/10.1038/s41550-020-01222-x 10.1038/s41550-020-01222-x]</ref> 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.<ref name="NA-20201026poh">Hayne và các tác giả khác, ''[https://www.nature.com/articles/s41550-020-1198-9 Micro cold traps on the Moon]'', [[Nature Astronomy]], 2021, số 5, tr.169–175, DOI [https://doi.org/10.1038/s41550-020-1198-9 10.1038/s41550-020-1198-9]</ref><ref name="NA-20201026"/>

[[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 nhờ [[hiệu ứng Doppler|dịch chuyển Doppler]] của sóng vô tuyến liên lạc giữa tàu và Trái đất.<ref name="muller1968">Muller và Sjogren, ''[https://science.sciencemag.org/content/161/3842/680 Mascons: lunar mass concentrations]'', [[tạp chí Science]], 1968, số 161, quyển 3842.tr.680–684, DOI [https://doi.org/10.1126/science.161.3842.680 10.1126/science.161.3842.680], [[pmid]] 17801458, [[Bibcode]] 1968Sci...161..680M, [[s2cid]] 40110502</ref> Tàu ''[[Lunar Prospector]]'' đã vẽ bản đồ trọng trường của mặt gần vào những năm 1998-1999.<ref name="Prospector"/> Năm 2013, bản đồ trường hấp dẫn cho toàn bộ bề mặt Mặt trăng đã được thiết lập chi tiết bởi cặp tàu quỹ đạo [[GRAIL]].<ref name="grail"/> Gia tốc trọng trường của Mặt trăng có những [[vùng tập trung khối lượng|vùng 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.<ref name="muller1968"/><ref name="grail"/><ref>Richard Kerr, ''[https://science.sciencemag.org/content/340/6129/138.1 The Mystery of Our Moon's Gravitational Bumps Solved?]'', [[tạp chí Science]], 12 tháng 4 năm 2013, số 340, quyển 6129, tr.138–139, DOI [https://doi.org/10.1126/science.340.6129.138-a 10.1126/science.340.6129.138-a], [[pmid]] 23580504</ref><ref name="Prospector"/> Tuy vậy, một số vùng cực đại không nằm gần khu vực có bazan biển.<ref name="Prospector">Konopliv và các tác giả khác, ''[https://web.archive.org/web/20041113045200/http://techreports.jpl.nasa.gov/2000/00-1301.pdf Recent gravity models as a result of the Lunar Prospector mission]'', [[tạp chí Icarus]], 2001, số 50, quyển 1, tr.1–18, DOI [https://doi.org/10.1006/icar.2000.6573 10.1006/icar.2000.6573], [[Bibcode]] 2001Icar..150....1K, [[citeseerx]] 10.1.1.18.1930</ref>

[[Gia tốc trọng trường]] trung bình trên bề mặt Mặt trăng là 1,63&nbsp;m/s², bằng khoảng 1/6 gia tốc trọng trường Trái đất.<ref name="TrinhPV"/>^tr.226 Một người mặc bộ đồ phi hành gia [[Apollo 11]] kèm hệ thống cung cấp dưỡng khí nặng tổng cộng 91,3 kg<ref name="apollosuit">Thomas và McMann, ''[https://books.google.com.vn/books?id=cdO2-4szcdgC US Spacesuits]'', Praxis Publishing, Chichester 2006, [https://books.google.com.vn/books?id=cdO2-4szcdgC&&pg=PA362 tr.362], ISBN 0-387-27919-9</ref> sẽ cảm thấy như chỉ khoảng 15 kg trên Mặt trăng. [[Tốc độ thoát|Tốc cần để thoát]] khỏi Mặt trăng ([[tốc độ vũ trụ cấp 2]]) là 2,38 km/s so với Trái đất là 11,2 km/s.<ref name="TrinhPV"/>^tr.226

Mặt trăng có một [[từ trường]] ngoài với cường độ nhìn chung dưới 0,2 [[nanotesla]], chưa bằng một phần một trăm ngàn [[từ trường Trái đất]].<ref name= "Mighani2020">S. Mighani và các tác giả khác, ''[https://doi.org/10.1126/sciadv.aax0883 The end of the lunar dynamo]'', tạp chí Science Advances, 2020, số 6, quyển 1, tr.eaax0883, DOI 10.1126/sciadv.aax0883, [[pmid]] 31911941, [[pmc]] 6938704, [[Bibcode]] 2020SciA....6..883M</ref> 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.<ref name="GB2009" /><ref name= "Mighani2020"/> 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.<ref name= "Mighani2020" /> 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.<ref name= "Mighani2020" /> 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.<ref name="HH1991"/> Khi những đám mây này xuất hiện sau các vụ va chạm lớn, Mặt trăng vẫn đang có một nền từ trường đáng kể.<ref name="HH1991"/> Giả thuyết này được hỗ trợ bởi vị trí từ hóa mạnh nhất trên vỏ nằm gần [[điểm đối chân]] của những bồn địa va chạm lớn.<ref name="HH1991">Hood và Huang, ''[https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/91JB00308 Formation of magnetic anomalies antipodal to lunar impact basins: Two-dimensional model calculations]'', [[Journal of Geophysical Research]], 1991, số 96, quyển B6, tr.9837–9846, DOI [https://doi.org/10.1029/91JB00308 10.1029/91JB00308], [[Bibcode]] 1991JGR....96.9837H</ref>

Mặt trăng có khí quyển rất loãng đến nỗi các hạt khí gần như không va chạm với nhau, giống [[tầng ngoài khí quyển]] hành tinh,<ref name="Stern1999"/> với tổng khối lượng từ dưới 10 tấn<ref name="Globus">Ruth Globus, biên tập bởi Richard D. Johnson và Charles Holbrow, ''[http://large.stanford.edu/courses/2016/ph240/martelaro2/docs/nasa-sp-413.pdf Space Settlements: A Design Study]'', Chương 5, Phụ lục J: ''Impact Upon Lunar Atmosphere'', xuất bản bởi NASA, 1977, tr.113, ISBN 978-0825460142, [[LCCN]] 76600068</ref> đến khoảng 30 tấn.<ref name="Crotts2008"/> Thiết bị của các tàu đổ bộ Apollo đo được mật độ hạt khí quyển khoảng 10⁷ hạt/[[xăngtimét khối|cm³]] vào ban ngày và 10⁵ hạt/cm³ vào ban đêm ở bề mặt Mặt trăng, gần như [[chân không]] so với khí quyển Trái đất (10¹⁹ hạt/cm³).<ref name="Mendillo1999">Michael Mendillo, ''[https://link.springer.com/article/10.1023/A:1017032419247 The Atmosphere Of The Moon]'', tạp chí [[Earth, Moon, and Planets]], 1999, số 85, tr.271–277, DOI [https://doi.org/10.1023/A:1017032419247 10.1023/A:1017032419247]</ref><ref name="Stern1999">Alan Stern, ''[https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/1999RG900005 The lunar atmosphere: History, status, current problems, and context]'', [[Reviews of Geophysics]], số 37, quyển 4, tháng 11 năm 1999, tr.453-491, DOI [https://doi.org/10.1029/1999RG900005 10.1029/1999RG900005], [[Bibcode]] 1999RvGeo..37..453S, [[citeseerx]] 10.1.1.21.9994</ref> Khí quyển bao gồm các chất khí [[nhả khí|thoát ra từ đất đá]]<ref name="Lawson2005"/><ref name="Crotts2008">Arlin Crotts, ''[http://www.astro.columbia.edu/~arlin/TLP/paper1.pdf Lunar Outgassing, Transient Phenomena and The Return to The Moon, I: Existing Data]'', [[The Astrophysical Journal]], 2008, số 687, quyển 1, tr.692–705, [[Bibcode]] 2008ApJ...687..692C, DOI [https://doi.org/10.1086/591634 10.1086/591634], [[arxiv]] 0706.3949, [[s2cid]] 16821394</ref> và khí sinh ra từ hoạt động [[phún xạ]] do gió mặt trời và bụi vũ trụ bắn phá thổ nhưỡng Mặt trăng.<ref name="L06" /><ref name="Mendillo1999"/> Các nguyên tố được phát hiện có [[natri]] và [[kali]] sinh ra do phún xạ và giải hấp nhiệt (cũng có trong khí quyển Sao thủy và Io); [[helium-4]] và [[neon]] chủ yếu từ gió mặt trời; [[argon-40]], [[radon-222]] và các đồng vị [[poloni]] thoát ra khí quyển sau khi hình thành từ [[phân rã phóng xạ]] trong lớp vỏ và lớp phủ.<ref name="Stern1999" /><ref name="Lawson2005">Lawson và các tác giả khác, ''[https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2005JE002433 Recent outgassing from the lunar surface: the Lunar Prospector alpha particle spectrometer]'', [[Journal of Geophysical Research]], 2005, số 110, quyển E9, tr.1029, DOI [https://doi.org/10.1029/2005JE002433 10.1029/2005JE002433], [[Bibcode]] 2005JGRE..11009009L</ref><ref name="Benna2015">Benna và các tác giả khác, ''[https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2015GL064120 Variability of helium, neon, and argon in the lunar exosphere as observed by the LADEE NMS instrument]'', [[Geophysical Research Letters]], 28 tháng 5 năm 2015, số 42, quyển 10, tr.3723-3729, DOI [https://doi.org/10.1002/2015GL064120 10.1002/2015GL064120]</ref> 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.<ref name="Stern1999" /> ''[[Chandrayaan-1]]'' đã phát hiện hơi nước với nồng độ thay đổi theo vĩ độ, nhiều nhất tại khoảng 60–70 độ nam.<ref name="Sridharan2010" /> Hơi nước có thể được sinh ra từ [[sự thăng hoa]] nước đá ở [[lớp đất mặt]].<ref name="Sridharan2010" /> 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.<ref name="Stern1999" /><ref name="Mendillo1999"/>

[[File:Artist’s concept of NASA's Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer.jpg|thumb|right|Ảnh minh họa vệ tinh [[LADEE]] đo bụi Mặt trăng bay gần bề mặt vào hoàng hôn.<ref>D’Ortenzio và các tác giả khác, ''[https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7118961 Operating LADEE: Mission architecture, challenges, anomalies, and successes]'', 2015 IEEE Aerospace Conference, DOI [https://doi.org/10.1109/aero.2015.7118961 10.1109/aero.2015.7118961]</ref>]]

Tồn tại một đám mây [[bụi Mặt trăng|bụi]] bất đối xứng bao quanh Mặt trăng được tạo ra bởi các hạt bụi sao chổi.<ref name="Horányi2015"/> Mỗi giây có khoảng 0,1 đến 0,6 [[picô]][[gam]] bụi sao chổi bay vào mỗi mét vuông bề mặt vùng xích đạo Mặt trăng với tốc độ khoảng 20 kilômét trên giây.<ref name="Horányi2015"/> 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.<ref name="Horányi2015"/> Trung bình, lớp bụi bay lơ lửng trên bề mặt Mặt trăng có tổng khối lượng khoảng 120 kilogam và dày hàng trăm kilomét.<ref name="Horányi2015"/> Các phép đo bụi đã được thực hiện bởi Thí nghiệm Bụi Mặt trăng (LDEX) của [[LADEE]], trong khoảng 6 tháng với độ cao từ gần bề mặt đến trên 200&nbsp;km.<ref name="Horányi2015"/> Trung bình mỗi phút có một hạt bụi bán kính trên 0,3 micromét va đập vào đầu đo của LDEX.<ref name="Horányi2015"/> Số lượng hạt bụi tăng lên vào những dịp [[mưa sao băng]] [[mưa sao băng Geminid|Geminid]], [[mưa sao băng Quadrantid|Quadrantid]], [[mưa sao băng Taurid|Taurid]] và [[mưa sao băng Omicron Centaurid|Omicron Centaurid]], khi Trái đất và Mặt trăng đi ngang qua những đám tàn tích sao chổi.<ref name="Horányi2015"/> Đám mây bụi của Mặt trăng có mật độ bất đối xứng, dày hơn ở vùng hoàng hôn.<ref name="Horányi2015">Horányi và các tác giả khác, ''[https://www.nature.com/articles/nature14479 A permanent, asymmetric dust cloud around the Moon]'', [[tạp chí Nature]], 18 tháng 6 năm 2015, số 522, quyển 7556, tr.324–326, DOI [https://doi.org/10.1038/nature14479 10.1038/nature14479], [[Bibcode]] 2015Natur.522..324H, [[pmid]] 26085272, [[s2cid]] 4453018</ref>

Các nhà du hành vũ trụ đặt chân lên Mặt trăng trong [[chương 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.<ref name="Stern1999"/> Đây có thể là ánh sáng từ lớp bụi ở trên cao hoặc natri và kali trong khí quyển.<ref name="Stern1999"/>

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.<ref name="Needham2017"/> Khí quyển này chứa các khí sinh ra bởi các vụ phun trào núi lửa Mặt trăng và có [[áp suất]] khoảng gấp rưỡi so với khí quyển [[Sao hỏa]] ngày nay.<ref name="Needham2017"/> 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 trên [[tốc độ vũ trụ cấp 2]].<ref name="Needham2017">Needham và Kring, ''[https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X17304971 Lunar volcanism produced a transient atmosphere around the ancient Moon]'', [[Earth and Planetary Science Letters]], 15 tháng 11 năm 2017, số 478, tr.175-178, DOI [https://doi.org/10.1016/j.epsl.2017.09.002 10.1016/j.epsl.2017.09.002]</ref>

<center><small>Các [[pha 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 là [[trăng khuyết]], [[bán nguyệt]], [[lưỡi liềm]].<ref name="TrinhPV"/>^tr.268<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/4-5-phases-and-motions-of-the-moon 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 là [[chu kỳ giao hội]] quỹ đạo, lâu hơn so với [[chu kỳ quỹ đạo]];<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/4-5-phases-and-motions-of-the-moon tr.123]} với chênh lệch thể hiện bằng cung màu xanh nõn chuối ở ngoài cùng bên phải trên hình.<ref name="mc">Gabriele Andreatta & Kristin Tessmar-Raible, ''[https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022283620302308#f0005 The Still Dark Side of the Moon: Molecular Mechanisms of Lunar-Controlled Rhythms and Clocks]'', Journal of Molecular Biology, số 432, quyển 12, 29 tháng 5 năm 2020, tr.3525-3546, DOI [https://doi.org/10.1016/j.jmb.2020.03.009 10.1016/j.jmb.2020.03.009]</ref></small></center>

<center><small>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.<ref name="Meeus1986"/><ref name="Almanac2020">US Government Publishing Office, ''[https://books.google.com.vn/books?id=hjRRxwEACAAJ Astronomical Almanac For The Year 2020]'', U.S. Government Printing Office, 2019, ISBN 9780707746005</ref><ref name="Almanac2021">US Government Publishing Office, ''[https://books.google.com.vn/books?id=ekLBzQEACAAJ Astronomical Almanac For The Year 2021]'', U.S. Government Printing Office, 2020, ISBN 9780707746159</ref> Khoảng cách tới củng điểm quỹ đạo thay đổi theo độ lệch tâm quỹ đạo; với cận điểm gần nhất ở khoảng 356.400km, xa nhất ở khoảng 370.400km; viễn điểm gần nhất khoảng 404.000km, xa nhất khoảng 406.700km.<ref name="Meeus1986"/><ref name="Almanac2020"/><ref name="Almanac2021"/> Các chấm tròn trên đồ thị ứng với các thời điểm [[trăng tròn]].<ref name="Almanac2020"/><ref name="Almanac2021"/></small></center>

Do [[khóa thủy triều]], Mặt trăng luôn luôn duy trì gần như một mặt hướng về Trái đất.<ref name="Moebs"/>^{[https://openstax.org/books/university-physics-volume-1/pages/13-6-tidal-forces tr.665]} Tuy nhiên bởi hiệu ứng bình động, từ Trái đất thực tế có thể quan sát khoảng 59% bề mặt Mặt trăng.<ref name="Kopal"/>^{[https://books.google.com.vn/books?id=wrPvCAAAQBAJ&pg=PA18 tr.18]} Mặt đối diện Trái đất được gọi là [[mặt gần Mặt trăng|mặt gần]] (hay "mặt trước") còn mặt kia là [[mặt xa Mặt trăng|mặt xa]] (hay "mặt khuất", "mặt sau").<ref name="TrinhPV"/>^tr.224<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/4-5-phases-and-motions-of-the-moon tr.124],[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-1-general-properties-of-the-moon 305]}<ref name="Heiken"/>^{[https://www.lpi.usra.edu/publications/books/lunar_sourcebook/pdf/Chapter03.pdf 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.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/4-5-phases-and-motions-of-the-moon tr.124]} Mặt gần tối vào kỳ [[trăng tối]] (hay pha "không trăng").<ref name="TrinhPV"/>^tr.268

[[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 là [[sóc vọng]].<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/4-7-eclipses-of-the-sun-and-moon tr.129]}<ref name="TrinhPV"/>^tr.255,318 [[Nhật thực]] là lúc Mặt trăng chắn ánh sáng Mặt trời đến một phần Trái đất, diễn ra vào một số kỳ [[trăng tối]] khi Mặt trăng nằm giữa Mặt trời và Trái đất.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/4-7-eclipses-of-the-sun-and-moon tr.131]} Ngược lại, [[nguyệt thực]] là lúc Trái đất chắn ánh sáng Mặt trời đến Mặt trăng, diễn ra vào một số kỳ [[trăng tròn]] khi Trái đất nằm giữa Mặt trời và Mặt trăng.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/4-7-eclipses-of-the-sun-and-moon 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.<ref name="TrinhPV"/>^tr.254-255<ref name="Cox2000"/>^{[https://books.google.com.vn/books?id=w8PK2XFLLH8C&pg=PA308 tr.308]} Để thiên thực diễn ra thì Mặt trăng phải ở gần giao cắt của hai mặt phẳng quỹ đạo.<ref name="TrinhPV"/>^tr.253-257 Sự tái lặp của nhật thực và nguyệt thực được mô tả bằng [[saros]], với chu kỳ xấp xỉ 18 năm một lần.<ref name="TrinhPV"/>^tr.253-257

Khác với nhật thực, trong nguyệt thực, chóp bóng tối đằng sau Trái đất có thể bao phủ tới 4 lần Mặt trăng.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/4-7-eclipses-of-the-sun-and-moon tr.132]} Khi Mặt trăng không nằm hoàn toàn trong bóng tối của Trái đất, nguyệt thực một phần có thể được quan sát.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/4-7-eclipses-of-the-sun-and-moon 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.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/4-7-eclipses-of-the-sun-and-moon tr.133]} Khoảng 20 phút trước khi Mặt trăng đi vào bóng tối Trái đất, Mặt trăng [[trăng tròn|tròn đầy]] bị mờ dần đi, do Trái đất che bớt ánh sáng rọi đến nó.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/4-7-eclipses-of-the-sun-and-moon 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.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/4-7-eclipses-of-the-sun-and-moon 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 qua [[khí quyển]] Trái đất.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/4-7-eclipses-of-the-sun-and-moon 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.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/4-7-eclipses-of-the-sun-and-moon 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 cho số ít nằm trong vệt đi qua của chóp bóng tối Mặt trăng.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/4-7-eclipses-of-the-sun-and-moon tr.133]}  

Năm 499, nhà thiên văn Ấn Độ [[Aryabhata]] ghi chép trong cuốn sách ''[[Aryabhatiya]]'' 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.<ref>Ansari, S. M. R., ''[http://articles.adsabs.harvard.edu//full/1977BASI....5...10A/0000010.000.html Aryabhatta I. His Life and his Contributions]'', Bulletin of the Astronomical Soceity of India, số 5, tr.10-18, [[Bibcode]] 1977BASI....5...10A</ref> Nhà thiên văn học và vật lý học người Ả Rập [[Alhazen]] (965–1040), bên cạnh nhiều phát hiện liên quan đến Mặt trăng, có nêu ra trong sách ''Ánh sáng Mặt trăng'' rằng Mặt trăng không phản xạ giống như một cái gương, mà phản xạ khuếch tán về mọi hướng.<ref>Hachette và Hyrtl, ''[https://archive.org/details/dictionaryofscie06gill Dictionary of scientific biography - quyển 6]'', biển tập bởi Gillispie, [[Charles Scribner's Sons]], 1972, [https://archive.org/details/dictionaryofscie06gill/page/195/mode/2up tr.189-195], [[LCCN]] [https://lccn.loc.gov/69018090 69018090]</ref> Nhà thiên văn [[Trầm Quát]] của [[nhà 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.<ref name=Needham1986/>^{[https://books.google.com.vn/books?id=jfQ9E0u4pLAC&pg=PA415 tr.415-416]}

[[File:Chang-e-5-Descender-Lander-assembly-CG-2.jpg|thumb|left|Minh họa tàu đổ bộ ''[[Thường Nga 5]]'' trên Mặt trăng.<ref name="Xiao2021"/>]]

[[Chương trình Thám hiểm Mặt trăng của Trung Quốc]] bắt đầu với tàu ''[[Thường Nga 1]]''.<ref name="Siddiqi2018"/>^tr.256 ''Thường 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.<ref name="Siddiqi2018"/>^tr.256 ''[[Thường 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 đến [[điểm Lagrange]] L2 của hệ Trái đất-Mặt trời, rồi bay qua tiểu hành tinh [[4179 Toutatis]] ngày 13 tháng 12 năm 2012, và cuối cùng là đi vào khoảng không vũ trụ trong quỹ đạo quanh Mặt trời.<ref name="Siddiqi2018"/>^tr.272 Ngày 14 tháng 12 năm 2013, ''[[Thường Nga 3]]'' (嫦娥三号) đã đưa một [[tàu đổ bộ]] lên bề mặt Mặt trăng.<ref name="玉兔">张巧玲, ''[http://www.bulletin.cas.cn/publish_article/2017/1/20170112.htm “嫦娥三号”任务及其初步科学成果]'', 中国科学院院刊, 2017, số 32, quyển 1, tr.85-90, DOI [http://dx.doi.org/10.16418/j.issn.1000-3045.2017.01.011 j.issn.1000-3045.2017.01.011]</ref><ref name="Siddiqi2018"/>^tr.291 Tàu đổ bộ này sau đó thả ra một [[xe tự hành Mặt trăng]] có tên ''[[Ngọc Thố]]'' (玉兔).<ref name="玉兔"/><ref name="Siddiqi2018"/>^tr.291 ''[[Thường 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.<ref name="嫦娥4">吴伟仁 và các tác giả khác, ''[http://scis.scichina.com/cn/2020/SSI-2020-0103.pdf 嫦娥四号工程的技术突破与科学进展]'', 中国科学: 信息科学, 2020, số 50, tr.1783–1797, DOI [https://doi.org/10.1360/SSI-2020-0103 10.1360/SSI-2020-0103]</ref> ''[[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.<ref name="Xiao2021">Long Xiao và các tác giả khác, chương 9 ''[https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128183304000094 The Chang’e-5 mission]'', trong sách ''[https://www.sciencedirect.com/book/9780128183304/sample-return-missions Sample Return Missions]'', biên tập bởi Andrea Longobardo, Elsevier, 2021, tr.195-206, ISBN 9780128183304, DOI [https://doi.org/10.1016/B978-0-12-818330-4.00009-4 10.1016/B978-0-12-818330-4.00009-4]</ref>

Bề mặt Mặt trăng đã có nhiều dấu ấn của hoạt động của con người.<ref name="ALSEP"/><ref name="LRV_LM"/><ref name="FallenAstronaut"/> 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.<ref name="Heiken"/>^{[https://www.lpi.usra.edu/publications/books/lunar_sourcebook/pdf/Chapter03.pdf tr.44]} Các vật dụng mà con người để lại trên Mặt trăng có các xe tự hành và tàu đổ bộ,<ref name="LRV_LM">[[NASA]], ''[https://catalog.archives.gov/id/16712992 AS16-116-18578]'', lưu tại Trung tâm Lưu trữ Quốc gia Hoa Kỳ với mã số 16712992</ref> các thiết bị thí nghiệm như [[Gói Thí nghiệm Bề mặt Mặt trăng Apollo]] (ALSEP),<ref name="ALSEP"/> và các bảng tưởng niệm hay tác phẩm nghệ thuật như ''[[Nhà du hành đã Ngã xuống]]''.<ref name="FallenAstronaut">[[NASA]], ''[https://catalog.archives.gov/id/16705663 AS15-88-11894]'', lưu tại Trung tâm Lưu trữ Quốc gia Hoa Kỳ với mã số 16705663</ref>   

==Tham khảo==

| magnitude = • -1,30 đến -3,69 <small>([[trăng tối]])</small><ref>Dulli Chandra Agrawal, ''[https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0143-0807/37/3/035601 Apparent magnitude of earthshine: a simple calculation]'', 30 tháng 3 năm 2016, European Journal of Physics, số 37, quyển 3, bài số 035601, DOI [https://doi.org/10.1088/0143-0807/37/3/035601 10.1088/0143-0807/37/3/035601] và ''[https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0143-0807/37/4/049401 đính chính ở bài số 049401]''</ref><br/>• -12,74 <small>([[trăng tròn]] trung bình)</small><ref name="Cox2000"/>^{[https://books.google.com.vn/books?id=w8PK2XFLLH8C&pg=PA307 tr.307]}<br/>• -12,9 <small>([[siêu trăng]])</small><ref>Krisciunas và Schaefer, ''[https://iopscience.iop.org/article/10.1086/132921/pdf A model of the brightness of moonlight]'', Publications of the Astronomical Society of the Pacific (PASP), 1991, số 103, quyển 667, tr.1033-1039, DOI [https://doi.org/10.1086/132921 10.1086/132921]</ref>

| atmosphere_density = • 10⁷ hạt/cm³ <small>(ban ngày)</small><ref name="Mendillo1999"/><br/>• 10⁵ hạt/cm³ <small>(ban đêm)</small><ref name="Mendillo1999"/>

| atmosphere_composition = [[Heli|He]]<ref name="Benna2015"/> • [[Neon|Ne]]<ref name="Benna2015"/> • [[Natri|Na]]<ref name="Stern1999" /> • [[Kali|K]]<ref name="Stern1999" /> • [[Argon|Ar]]<ref name="Benna2015"/> • [[Radon|Rn]]<ref name="Stern1999" /> • [[poloni|Po]]<ref name="Stern1999" /> • [[nước|H₂O]]<ref name="Sridharan2010" />

=== Nguồn ===

===Ngôn ngữ khác===

{{nn

|en=391266|enName=Moon

|ca=0120438|caName=Lluna

|vi=18535

}}