Thành viên:Tttrung/nháp

Mặt trăng là một thiên thể gần hình cầu quay quanh Trái đất, với khối lượng cỡ hành tinh, chứa nhiều đất đá silicat và không có khí quyển, thủy quyển hay từ quyển đáng kể. Mặt trăng là vệ tinh tự nhiên duy nhất của Trái đất. Trong Hệ Mặt trời, Mặt trăng là vệ tinh tự nhiên lớn thứ năm. 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. Mặt trăng có mật độ khối lượng lớn thứ hai trong số các vệ tinh tự nhiên của Hệ Mặt trời, sau Io của Sao mộc.

Một giả thuyết được chấp nhận rộng rãi cho rằng Mặt trăng hình thành vào khoảng 4,51 tỷ năm trước, không lâu sau khi Trái đất hình thành, từ vật chất bắn ra sau một vụ va chạm lớn giữa Trái đất và một thiên thể giả định mang tên Theia có kích thước cỡ Sao hỏa. Nghiên cứu mới về đất đá Mặt trăng, tuy không phủ nhận giả thuyết về Theia, gợi ý tuổi Mặt trăng già hơn so với số liệu trước đây.

Mặt trăng ở trong quỹ đạo đồng bộ với Trái đất, tức là chu kỳ tự quay của Mặt trăng bằng với chu kỳ quay quanh Trái đất, do đó nó luôn quay một mặt về phía Trái đất, là mặt gần. Do sự đu đưa của Mặt trăng theo thời gian nên nếu quan sát từ Trái đất sẽ thấy nhiều hơn một nửa diện tích Mặt trăng (59%). Nửa gần của Mặt trăng có các biển Mặt trăng là các vùng vật chất màu tối, để lại bởi hoạt động núi lửa cũ, nằm giữa các vùng vỏ cũ cao sáng màu, và các hố va chạm. Mặt trăng là thiên thể xuất hiện thường xuyên có độ sáng cao thứ hai trên trên bầu trời, đứng sau Mặt trời. Mặc dù bề mặt Mặt trăng chủ yếu gồm các vật chất tối màu với suất phản chiếu chỉ cao hơn một chút so với nhựa đường mòn, nhưng trong bầu trời đêm, nó vẫn sáng khi phản chiếu lại ánh sáng Mặt trời. Lực hấp dẫn của Mặt trăng gây ra thủy triều trên đại dương ở Trái đất, đồng thời gây ra hiệu ứng tương tự cho phần vỏ và lõi đất đá của Trái đất, và làm cho một ngày ở Trái đất bị dài hơn một chút.

Khoảng cách trung bình từ Mặt trăng đến Trái đất là 384402 km, tương đương 1,28 giây ánh sáng, hay khoảng 30 lần đường kính Trái đất. Đường kính góc của Mặt trăng trên bầu trời tương đương với Mặt trời; do đó trong nhật thực toàn phần, Mặt trăng che kín Mặt trời. Trong tương lai xa, khoảng cách từ Mặt trăng đến Trái đất sẽ tăng dần, và Mặt trăng sẽ xuất hiện nhỏ dần.

Vật thể nhân tạo đầu tiên được con người đưa lên Mặt trăng là tàu không người lái Luna 2 của Liên Xô được cố ý cho đâm xuống bề mặt Mặt trăng vào tháng 9 năm 1959. Sau đó vào năm 1966, tàu Luna 9 đã hạ cánh an toàn lên Mặt trăng. Chương trình Apollo của Hoa Kỳ những năm tiếp theo đã mang được con người lên Mặt trăng, với Apollo 8 năm 1968 lần đầu đưa người bay trên quỹ đạo quanh Mặt trăng, rồi Apollo 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. Các chuyến thám hiểm này đã mang về Trái đất đá Mặt trăng được dùng để nghiên cứu và phát triển các hiểu biết về địa lý Mặt trăng, nguồn gốc hình thành Mặt trăng và cấu trúc lõi Mặt trăng. Từ sau chuyến bay Apollo 17 năm 1972 đến hiện tại, chỉ có các tàu không người lái đến thám hiểm Mặt trăng.

Sự hiện diện của Mặt trăng trên bầu trời, theo chu kỳ pha Mặt trăng, đã để lại dấu ấn trong xã hội và văn hóa của loài người. Ảnh hưởng trong văn hóa xã hội thể hiện ở ngôn ngữ, hệ thống lịch Mặt trăng, nghệ thuật, và thần thoại.

Minh họa cận cảnh giả thuyết va chạm lớn

Trước hội nghị năm 1984, có các lực lượng ủng hộ ba giả thuyết "truyền thống", cộng với vài người bắt đầu nghiêm túc xem xét lý thuyết va chạm lớn, và 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 nhóm: phe va chạm lớn và phe bất khả tri.

Giản đồ giả thuyết va chạm lớn

Nguồn gốc hình thành

Mục từ chi tiết: Nguồn gốc hình thành Mặt trăng

Mặt trăng hình thành vào 4,51 tỷ năm trước, khoảng 60 triệu năm sau khi Hệ Mặt trời hình thành. Đã có nhiều giả thuyết về nguồn gốc hình thành Mặt trăng.. Một giả thuyết cho rằng vật chất văng ra từ Trái đất trong thời kỳ đang hình thành bởi lực ly tâm, sau đó tập hợp lại thành Mặt trăng.. Tuy nhiên giả thuyết này đòi hỏi Trái đất phải quay nhanh đến mức phi thực tế. Một giả thuyết khác là trường hấp dẫn của Trái đất đã thu hút thiên thể Mặt trăng đến từ nơi khác, nhưng giả thuyết này đòi hỏi một khí quyển Trái đất quá lớn để hấp thụ động năng của Mặt trăng khi nó bay tới Trái đất. Giả thuyết khác nữa về sự hình thành cùng lúc của Trái đất và Mặt trăng từ đĩa bồi tụ khi Hệ Mặt trời đang hình thành. Giả thuyết này không giải thích được tại sao Mặt trăng lại có ít kim loại hơn hẳn so với Trái đất. Các giả thuyết trên cũng không tiên đoán được mômen động lượng khá lớn của hệ Trái đất - Mặt trăng.

Giả thuyết được nhiều tác giả chấp nhận là hệ Trái đất - Mặt trăng được hình thành sau một vụ va chạm lớn giữa một thiên thể có kích thước vào cỡ Sao hỏa, tên là Theia, với thiên thể tiền Trái đất. Vụ va chạm đã làm văng nhiều vật liệu vào quỹ đạo của Trái đất và các vật liệu này bồi tụ lại dần dần, hình thành nên Mặt trăng.

Nửa xa của Mặt trăng có vỏ dày hơn khoảng 50 km so với nửa gần. Điều này được cho là do Mặt trăng được ghép lại từ hai phần khác nhau.

Giả thuyết này, tuy còn những điểm chưa hoàn hảo, có khả năng giải thích tốt nhất các bằng chứng thực nghiệm. 18 tháng trước khi diễn ra một hội nghị khoa học về nguồn gốc Mặt trăng tổ chức vào tháng 10 năm 1984, Bill Hartmann, Roger Phillips, và Jeff Taylor thách thức những người đồng nghiệp cùng nghiên cứu về Mặt trăng: "Các bạn có 18 tháng. Hãy xem lại dữ liệu thu được từ các chuyến thám hiểm của Apollo, dùng máy tính của các bạn, làm mọi thứ các bạn có thể làm, nhưng các bạn cần ra được kết quả. Đừng đến dự hội nghị nếu các bạn chưa có gì để nói về nguồn gốc Mặt trăng." Vào hội nghị năm 1984 ở Kona, Hawaii, giả thuyết vụ va chạm lớn bắt đầu được đa số tán thành là hợp lý nhất.

Các vụ va chạm lớn được cho là xảy ra thường xuyên trong thời kỳ hình thành của Hệ Mặt trời. Các mô phỏng trên máy tính của vụ va chạm lớn đã cho ra các kết quả phù hợp với quan sát về khối lượng của lõi Mặt trăng và mômen động lượng của hệ Trái đất – Mặt trăng. Các mô phỏng này cũng cho thấy phần lớn Mặt trăng được hình thành từ vật liệu của Theia, chứ không phải từ thiên thể tiền Trái đất. Tuy nhiên, các mô phỏng mới nhất gợi ý tỷ lệ vật liệu đến từ tiền Trái đất cao hơn các mô phỏng trước đây. Các thiên thể khác ở vòng trong Hệ Mặt trời, như Sao hỏa và Vesta có thành phần đồng vị oxy và wolfram rất khác so với Trái đất, dựa trên đo đạc các mẫu vẫn thạch từ các thiên thể đó. Tuy nhiên, Trái đất và Mặt trăng có các thành phần đồng vị gần như giống hệt nhau. Điều này có thể được giải thích bằng sự hòa trộn vật liệu bốc hơi sau sự kiện va chạm lớn, để thành nguyên liệu hình thành cho cả hai, mặc dù giả định này vẫn còn gây tranh cãi.

Vụ va chạm giải phóng rất nhiều năng lượng và sau đó vật chất văng ra được bồi tụ lại thành hệ Trái đất - Mặt trăng. Năng lượng này đủ để làm nóng chảy lớp vỏ Trái đất, và tạo nên đại dương dung nham. Tương tự, Mặt trăng mới hình thành cũng có đại dương dung nham của nó; với độ sâu vào cỡ 500 km đến 1737 km.

Tuy giả thuyết va chạm lớn có thể giải thích được nhiều kết quả quan sát, vẫn còn những câu hỏi chưa được giải đáp, đa số liên quan đến thành phần của Mặt trăng. Năm 2001, một nhóm nghiên cứu ở Viện Carnegie tại Washington báo cáo kết quả đo đạc chính xác cao của đặc trưng đồng vị trong đá Mặt trăng. Đá Mặt trăng, thu được sau chương trình Apollo, có đặc trưng đồng vị giống với đá trên Trái đất, và khác biệt với hầu hết các thiên thể khác trong Hệ Mặt trời. Kết quả này đã gây bất ngờ, vì phần lớn vật liệu hình thành Mặt trăng được cho là đến từ Theia và đã từng có báo cáo năm 2007 rằng có ít hơn 1% khả năng là Theia và Trái đất có cùng đặc trưng đồng vị. Các mẫu vật chất Mặt trăng khác từ chương trình Apollo được nghiên cứu vào năm 2012 cũng có thành phần đồng vị titani giống với Trái đất, một kết quả mâu thuẫn với giả thuyết cho rằng Mặt trăng được hình thành ở xa và độc lập với Trái đất, hoặc chủ yếu từ Theia. Các kết quả này vẫn có thể được giải thích bởi các lý thuyết cải tiến từ giả thuyết va chạm lớn.

Đặc tính vật lý

Mặt trăng có hình dạng hơi ellipsoid lệch do tác động của lực thủy triều, với trục lớn của nó lệch khoảng 30° so với phương nối đến Trái đất gây ra bởi các bất thường trong trường hấp dẫn ở các bồn địa để lại bởi các vụ va chạm. Hình dạng của nó hơi méo hơn so với mức gây ra bởi lực thủy triều hiện tại. Hóa thạch hình dạng này gợi ý về lịch sử của Mặt trăng. Mặt trăng đã nguội và đông cứng khi lực thủy triều còn mạnh, khi nó ở khoảng cách đến Trái đất bằng khoảng nửa so với giá trị hiện nay. 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.

Cấu trúc bên trong

Mục từ chi tiết: Cấu trúc Mặt trăng

Cấu trúc bên trong của Mặt trăng được phân tách thành ba thành phần khác biệt về mặt hóa địa chất là lớp vỏ, lớp phủ và lõi. Lõi của Mặt trăng gồm có phần lõi trong ở trạng thái rắn chứa nhiều sắt, bán kính có thể vào cỡ 240 km, và phần lõi ngoài lỏng chủ yếu gồm sắt nóng chảy với bán kính vào cỡ 300 km. Bao quanh lõi là phần trong của lớp phủ có bán kính khoảng 500 km, một phần cũng bị nóng chảy. Cấu trúc này được cho là đã hình thành theo cơ chế kết tinh phân đoạn từ một đại dương dung nham tồn tại ngay sau khi Mặt trăng hình thành vào khoảng 4,5 tỷ năm trước.

Việc kết tinh đại dương dung nham đã tạo ra lớp phủ mafic do các khoáng chất olivin, clinopyroxene và orthopyroxene chìm xuống và kết tủa. Sau khi khoảng ba phần tư đại dương dung nham đã tinh thể hóa, các khoáng chất plagioclase nhẹ hơn bắt đầu hình thành và nổi lên trên tạo thành lớp vỏ. 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.

Quá trình hình thành nêu trên tiên đoán ra lớp vỏ anorthosite, một kết quả phù hợp với các bản đồ đo đạc hóa địa chất, từ các phép đo của các thiết bị bay trên quỹ đạo quanh Mặt trăng. Lớp vỏ dày khoảng 50 km. Các mẫu đá Mặt trăng lấy từ các phần dung nham hóa rắn, vốn từng phun trào ra bề mặt từ vùng lớp phủ nóng chảy một phần, cũng xác nhận thành phần lớp phủ mafic chứa nhiều sắt hơn so với Trái đất.

Mặt trăng là vệ tinh tự nhiên có mật độ khối lượng đứng thứ nhì trong Hệ Mặt trời, chỉ sau Io, dù cho phần lõi nặng nhất khá nhỏ, chỉ chiếm 20% bán kính Mặt trăng.. Thành phần hóa học của lõi vẫn chưa được xác định chính xác, có thể gồm hợp kim sắt với một lượng nhỏ lưu huỳnh và nickel. Phân tích về sự tự quay có biến thiên theo thời gian của Mặt trăng cho thấy lõi có thể có một phần nóng chảy.

Thành phần hóa học bề mặt

Hợp chất	Công thức	Thành phần
		Biển	Vùng cao
Silic dioxide	SiO2	45,4%	45,5%
Nhôm oxit	Al2O3	14,9%	15,9%
Calci oxit	CaO	11,8%	15,9%
Sắt(II) oxit	FeO	14,1%	5,9%
Magnesi oxit	MgO	9,2%	7,5%
Titani dioxide	TiO2	3,9%	0,6%
Natri oxit	Na2O	0,6%	0,6%
		99,9%	100,0%

Giản đồ cấu trúc bên trong Mặt trăng

Các đặc trưng địa chất trên bề mặt Mặt trăng. Bên trái là nửa gần với cực bắc ở phía trên. Hình phải là nửa xa, với cực nam ở phía dưới. Những vùng màu sắc khác nhau ứng với phân loại địa hình và địa chất khác nhau.

Vùng có hình dạng bất thường, có thể là bằng chứng về hoạt động núi lửa gần đây ở Mặt trăng.

Bề mặt

Mục từ chi tiết: Địa hình Mặt trăng

Địa hình Mặt trăng đã được đo bằng laser và xử lý ảnh stereo. Một đặc trưng địa hình nổi bật là bồn địa Nam cực - Aitken, ở nửa xa Mặt trăng, đường kính khoảng 2240 km, là hố va chạm lớn nhất của Mặt trăng và lớn nhì trong số các hố va chạm đã được xác nhận ở hệ Mặt trời. Bồn địa này cũng chứa điểm có độ sâu lớn nhất của Mặt trăng, sâu khoảng 13 km. Điểm cao nhất của Mặt trăng cũng nằm ngay rìa phía đông bắc của bồn địa này, có thể được nâng cao lên do va chạm nghiêng của vụ va chạm hình thành nên bồn địa Nam Cực - Aitken. Các bồn địa nổi bật khác, hình thành bởi các vụ va chạm, gồm có Imbrium, Serenitatis, Crisium, Smythii và Orientale - chúng đều có các vùng trung tâm với độ sâu lớn và phần rìa có độ cao lớn. Nửa xa Mặt trăng có độ cao trung bình lớn hơn so với nửa gần cỡ 1,9 km.

Liên đoàn Thiên văn Quốc tế đề xuất kinh tuyến gốc, của hệ tọa độ địa lý Mặt trăng, đi qua điểm trung tâm của nửa gần Mặt trăng. Trong hệ tọa độ này, điểm được dùng để đối chiếu chính xác là hố va chạm nhỏ bé mang tên Mösting A, được định nghĩa là có tọa độ 3° 12' 43.2" Nam, 5° 12' 39.6" Tây.

Tàu quỹ đạo Trinh sát Mặt trăng năm 2010 đã phát hiện ra các vách đứt gãy dốc đứng trên bề mặt Mặt trăng, cho thấy rằng Mặt trăng có thể đã co ngót lại, trong hàng tỷ năm qua, với kích thước giảm khoảng 90 mét. Các dấu hiệu co ngót tương tự cũng đã được quan sát thấy trên Sao thủy. Một nghiên cứu thực hiện với 12000 bức ảnh chụp được từ tàu quỹ đạo cho thấy Biển Frigoris ở gần cực bắc, một bồn địa lớn vốn được cho là đã ngừng tiến hóa về mặt địa chất, đang nứt và dịch chuyển. Trên Mặt trăng không có các mảng kiến tạo, cho nên hoạt động địa chất ở đây chỉ là sự hình thành các vết nứt trong quá trình Mặt trăng thoát dần nhiệt ra không gian và nguội dần đi.

Các đặc điểm núi lửa

Các vùng trên bề mặt Mặt trăng có màu sẫm và tương đối bằng phẳng, như những đồng bằng, có ít các hố va chạm hơn, 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. Giả thuyết được chấp nhận hiện tại cho rằng các vùng này vốn là các hồ chứa dung nham bazan cổ, nay đã đông cứng. Bazan trên Mặt trăng tương tự như bazan ở Trái đất, nhưng có nhiều sắt hơn và không có các khoáng chất bị biến đổi bởi sự có mặt của nước. Phần lớn các dung nham này đã phun trào ra bề mặt và chảy đến các vùng trũng ở các hố va chạm. Ở nửa gần Mặt trăng, có các khu vực có chứa những núi lửa hình khiên và các vòm núi lửa.

Hầu hết biển Mặt trăng nằm ở nửa gần Mặt trăng, chiếm đến 31% diện tích của nửa này. Trong khi đó, biển Mặt trăng chỉ chiếm 2% diện tích ở nửa xa Mặt trăng. Bản đồ hóa địa chất Mặt trăng, đo bởi phổ kế gamma của vệ tinh Lunar Prospector, cho thấy nửa 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 để hình thành các biển Mặt trăng. Đa số bazan hình thành nên các biển Mặt trăng đã phun trào trong kỷ Imbrium, 3,0–3,5 tỷ năm trước, tuy vẫn có một số mẫu với tuổi đo được bởi phương pháp phóng xạ lên đến 4,2 tỷ năm. Vụ phun trào gần đây nhất vào khoảng 1,2 tỷ năm trước, được xác định tuổi theo phương pháp đếm hố va chạm. Năm 2006, một nghiên cứu về hố va chạm Ina nhỏ bé trong biển Lacus Felicitatis đã tìm thấy các địa điểm lởm chởm có tuổi chỉ khoảng 2 triệu năm và chưa tích lũy nhiều cát bụi sinh ra từ các va chạm bởi các mảnh vụn vũ trụ rơi vào. Các trận động đất Mặt trăng và các vụ rò rỉ khí ga ra bề mặt cho thấy một số hoạt động địa chất của Mặt trăng vẫn tiếp tục. Năm 2014, NASA công "nhiều bằng chứng về các hoạt động núi lửa mới trên Mặt trăng" tại 70 vùng có hình dạng bất thường ghi nhận bởi Tàu quỹ đạo Trinh sát Mặt trăng, một số có tuổi ít hơn 50 triệu năm. Có khả năng lớp phủ của Mặt trăng nóng hơn so với các số liệu đã được chấp nhận trước đây, ít nhất là ở nửa gần, tại những nơi có hàm lượng cao hơn các chất phóng xạ sinh nhiệt bên dưới lớp vỏ. Ngay trước khi có kết quả này, đã có bằng chứng về hoạt động núi lửa bazan bên trong hố va chạm Lowell trẻ hơn so với đo đạc trước đó tới 2 đến 10 triệu năm. Hố Lowell nằm ở vùng chuyển tiếp giữa nửa gần và nửa xa của Mặt trăng, trong bồn địa Orientale. Lớp phủ nóng hơn và / hoặc hàm lượng cao hơn các chất sinh nhiệt trong lớp phủ nằm dưới nửa xa của bồn địa Orientale cũng có thể đã kéo dài hoạt động địa chất tại đây.

Các khu vực có màu sáng hơn trên Mặt trăng được gọi là các vùng cao, bởi vì chúng có cao độ lớn hơn hầu hết các biển Mặt trăng. Phương pháp đo tuổi bằng phóng xạ đã xác định các vùng cao hình thành vào khoảng 4,4 tỷ năm trước, có thể cấu tạo gồm các đá plagioclase tích lũy từ đại dương dung nham cổ của Mặt trăng. 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.

Sự xuất hiện nhiều biển tại nửa gần dường như phản ánh lớp vỏ dày hơn ở các vùng cao tại nửa xa, có thể được hình thành sau một vụ va chạm ở tốc độ thấp 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.

Các hố va chạm

Khi những tiểu hành tinh và sao chổi va chạm với bề mặt Mặt trăng, các hố va chạm hình thành và gây ra tác động đáng kể đến bề mặt Mặt trăng. Theo ước tính chỉ riêng nửa gần của Mặt trăng đã có khoảng 300.000 hố rộng hơn 1 km. Niên đại địa chất Mặt trăng căn cứ vào những sự kiện va chạm nổi bật nhất bao gồm Nectaris, Imbrium và Orientale. Đây là những cấu trúc gồm nhiều vòng tròn hình thành từ vật chất bị bắn ra trong vụ va chạm. Các vòng tròn này có đường kính khoảng hàng trăm đến hàng ngàn kilomét, tạo thành một thềm địa tầng khu vực chứa trầm tích của vật chất bị xới lên sau vụ va chạm. Việc không có khí quyển, thời tiết và những quá trình địa chất gần đây đã giúp cho đa số các hố giữ nguyên trạng từ lúc được hình thành. Chỉ có ít bồn địa đa vòng được định tuổi chính xác, nhưng chúng hữu ích cho việc định tuổi tương đối cho các khu vực còn lại. Nếu giả định rằng các hố va chạm xuất hiện dần theo thời gian với tốc độ gần như không đổi trong phần lớn tuổi đời Mặt trăng, việc đếm số hố trên mỗi đơn vị diện tích có thể giúp ước tính tuổi bề mặt. Tuổi đo bằng phóng xạ của đá nóng chảy do va chạm, thu thập từ các hố va chạm trong chương trình Apollo, đa số nằm trong khoảng 3,8 đến 4,1 tỉ năm. Kết quả này là cơ sở cho giả thuyết về sự kiện biến cố mặt trăng, là sự kiện diễn ra khoảng 3,8 đến 4,1 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.

Phủ bên trên bề mặt Mặt trăng là lớp đất mặt, gồm các vật liệu tán vụn, hình thành bởi các quá trình va chạm. Theo thời gian chúng tiếp tục bị vỡ vụn thành những mảnh ngày càng nhỏ hơn. Những lớp đất Mặt trăng mịn hơn là cát thủy tinh silic dioxide có kết cấu giống tuyết và mùi giống thuốc súng đã qua sử dụng. Lớp đất mặt của những bề mặt cổ hơn nhìn chung dày hơn lớp đất mặt của những bề mặt trẻ hơn. Chúng có độ dày dao động trong khoảng 10-20 km ở vùng cao và 3–5 km ở biển. Bên dưới lớp đất mặt tán mịn là lớp đá móng nứt gãy dày từ vài đến vài chục kilomet.

Việc so sánh những hình ảnh độ phân giải cao 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 va chạm nhỏ có kích cỡ vài chục mét. Khi mỗi vụ va chạm xảy ra, những mảnh đá lớn văng ra ngoại biên và chính chúng lại rơi xuống bề mặt tạo nên những hố va chạm nhỏ hơn. Cơ chế tạo hố thứ hai này được cho là đã khuấy động hai centimet lớp đất mặt trên cùng nhanh hơn những mô hình gợi ý trước đó tới trên một trăm lần, và trung bình sau mỗi 81.000 năm lại xảy một vụ va chạm nhỏ.

Các xoáy Mặt trăng

Mục từ chi tiết: Xoáy Mặt trăng

Các xoáy Mặt trăng là các vùng có đặc điểm địa lý bí hiểm nằm rải rác khắp bề mặt của Mặt trăng. Chúng có suất phản chiếu cao hơn, có đặc điểm quang học của bề mặt mới hình thành gần đây và thường có hình dáng uốn lượn. Hình dạng của các xoáy Mặt trăng cũng hay có những nét chấm phá, là các vùng tối nằm xen kẽ giữa các vùng hình xoáy sáng màu.

Hố Daedalus ở nửa xa của Mặt trăng

Xoáy Mặt trăng ở Reiner Gamma

Video thể hiện các vùng tối vĩnh cửu trên Mặt trăng, xây dựng dựa trên các ảnh chụp của Tàu quỹ đạo Trinh sát Mặt trăng. Thực tế các bóng tối có thể biến đổi một chút theo thời gian.

Phân bổ nước đá ở các cực Mặt trăng. Bên trái là cực nam, bên phải là cực bắc.

Hiện diện của nước

Mục từ chi tiết: Nước trên Mặt Trăng

Nước lỏng không tồn tại trên bề mặt Mặt trăng. Khi bức xạ Mặt trời chiếu vào, nước lỏng sẽ bị phân ly quang học thành các chất khí. Ở nhiệt độ bề mặt của Mặt trăng và dưới tác động của gió mặt trời, các chất khí thoát khỏi trường hấp dẫn yếu của thiên thể này để đi vào khoảng không vũ trụ. Tuy nhiên, từ những năm 1960, đã có giả thuyết về sự tồn tại của nước đá, có thể mang đến Mặt trăng bởi các sao chổi, hoặc được sinh ra từ phản ứng hóa học giữa đá Mặt trăng chứa nhiều oxy với hydro đến từ gió Mặt trời. Lượng nhỏ nước đá sinh ra từ các quá trình trên có thể tồn tại ở các hố va chạm lạnh lẽo và luôn bị khuất trong bóng tối ở hai cực. Các mô phỏng trên máy tính gợi ý có khoảng 14.000 kilomét vuông diện tích Mặt trăng có thể nằm trong bóng tối vĩnh cửu. Việc có được lượng nước đáng kể trên Mặt trăng ảnh hưởng quan trọng đến các kế hoạch định cư trên Mặt trăng của con người, do việc vận chuyển nước từ Trái đất lên Mặt trăng sẽ có thể quá tốn kém.

Dấu hiệu về sự tồn tại của nước đá trên bề mặt Mặt trăng xuất hiện dần qua các quan sát. Năm 1994, thí nghiệm radar song tĩnh trên tàu vũ trụ Clementine đã cho thấy các khu vực nhỏ có nước đá ở gần bề mặt Mặt trăng. Tuy nhiên các quan sát radar sau này của Đài thiên văn Arecibo cho thấy kết quả của tàu Clementine có thể là tín hiệu từ tảng đá bị văng ra bởi các vụ va chạm gần đây. Năm 1998, phổ kế neutron trên tàu vũ trụ Lunar Prospector cho thấy mật độ hydro cao trong khoảng một mét trên cùng của lớp đất mặt gần các vùng cực. Các hạt dung nham núi lửa, do Apollo 15 mang về, cũng đã cho thấy lượng nước nhỏ ở bên trong.

Tàu vũ trụ Chandrayaan-1 năm 2008 đã xác nhận sự tồn tại của nước đá bề mặt, bằng phổ kế mang tên Máy vẽ Bản đồ Khoáng vật học Mặt trăng (M3). Phổ kế này đo đạc các vạch hấp thụ của hydroxyl, trong ánh sáng phản xạ từ ánh sáng Mặt trời, đã cung cấp bằng chứng về lượng nước đá lớn trên bề mặt Mặt trăng. Kết quả đo cho thấy mật độ nước có thể lên đến 1.000 ppm. Năm 2009, LCROSS đã đưa một vật nặng 2300 kg đâm xuống một hố va chạm nằm trong bóng tối vĩnh cửu ở cực, và đã phát hiện ít nhất 100 kg nước ở trong luồng khói bụi bốc lên từ vụ va chạm. Một phân tích khác của dữ liệu LCROSS đã xác định lượng nước này nằm trong khoảng 155 ± 12 kg.

Tháng 5 năm 2011, 615 đến 1410 ppm nước trong bao thể nóng chảy của mẫu đá Mặt trăng số 74220 đã được tìm thấy. Mẫu đá này có nguồn gốc từ hoạt động núi lửa, có hình dạng "đất thủy tinh màu da cam" chứa nhiều titani được thu thập bởi Apollo 17 năm 1972. Các bao thể đã hình thành trong thời kỳ có nhiều vụ phun trào núi lửa trên Mặt trăng khoảng 3,7 tỷ năm trước. Mật độ nước này tương đương với số liệu của dung nham trong lớp phủ trên của Trái đất. Sự tồn tại của lượng nước này có ý nghĩa khoa học, nhưng không dễ dàng khai thác cho hoạt động định cư. Các mẫu đá loại này thường tồn tại ở sâu hàng kilomét dưới bề mặt, và các bao thể rất khó tìm. Phải mất 39 năm sau khi mẫu đá được thu thập để tìm thấy bao thể chứa nước trong nó bằng đầu dò ion tân tiến nhất.

Việc phân tích lại dữ liệu của máy đo M3 vào tháng 8 năm 2018 đã khẳng định chắc chắn sự tồn tại của nước đá trên bề mặt Mặt trăng. Sử dụng phổ phản xạ của máy đo, việc chiếu sáng gián tiếp các khu vực trong bóng tối cho thấy nước nằm trong vòng vĩ độ 20° ở cả hai cực vào năm 2018. Dữ liệu cho thấy ánh sáng phản xạ đặc trưng của nước đá, khác hẳn so với ánh sáng từ cát bụi và các bề mặt phản xạ khác. Nước đá có ở cả hai cực, tuy nhiên có nhiều hơn ở cực Nam, bên trong các hố va chạm và các khe nứt nằm ở bóng tối vĩnh cửu, tránh được sự phân hủy của ánh sáng Mặt trời.

Tháng 10 năm 2020, các nhà thiên văn phát hiện phân tử nước ở phần bề mặt được chiếu sáng của Mặt trăng bằng một số thiết bị quan sát độc lập, bao gồm SOFIA.

Trường hấp dẫn

Trường hấp dẫn của Mặt trăng được đo bởi hiệu ứng Doppler mà trường này gây ra cho sóng radio phát từ các tàu không gian quỹ đạo. Gia tốc trọng trường của Mặt trăng có những vùng cực đại địa phương ở gần các bồn địa va chạm khổng lồ, một phần gây ra bởi mật độ khối lượng lớn của các dòng dung nham bazan biển lấp đầy những bồn địa đó. Sự dị thường này ảnh hưởng lớn đến quỹ đạo của tàu không gian quanh Mặt trăng. Vẫn còn đó một số câu hỏi: chỉ riêng dòng dung nham không thể giải thích tất cả dấu hiệu trọng lực và một số điểm tập trung trọng trường không nằm gần khu vực có hoạt động núi lửa biển Mặt trăng.

Từ trường

Mặt trăng có một từ trường ngoài với cường độ hầu hết dưới 0,2 nanotesla, chưa bằng một phần một trăm ngàn từ trường Trái đất. Hiện tại Mặt trăng không có từ trường lưỡng cực toàn cầu mà chỉ có lớp vỏ đã từ hóa, có thể là hệ quả của thời kỳ lịch sử khi vẫn còn tồn tại một dynamo hoạt động ở quy mô toàn cầu. Bốn tỉ năm trước từ trường Mặt trăng có khả năng mạnh gần bằng từ trường Trái đất ngày nay. Trường dynamo thời đầu này có thể đã chấm dứt cách đây khoảng một tỉ năm sau khi lõi Mặt trăng kết tinh hoàn toàn. 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. Khi những đám mây này xuất hiện ở các vụ va chạm lớn, Mặt trăng vẫn đang có một nền từ trường đáng kể. 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.

Khí quyển

Mặt trăng có khí quyển rất loãng đến gần như chân không với tổng khối lượng chưa đến 10 tấn (9,8 tấn dài, 11 tấn ngắn). Khí áp bề mặt là khoảng 3 × 10⁻¹⁵ atm (0,3 nPa) và thay đổi theo ngày âm lịch. Khí quyển bao gồm các chất khí thoát ra từ đất đá và khí sinh ra từ hoạt động phún xạ do ion gió mặt trời bắn phá thổ nhưỡng Mặt trăng. Các nguyên tố được phát hiện có natri và kali sinh ra do phún xạ (cũng có trong khí quyển Sao thủy và Io); helium-4 và neon từ gió mặt trời; và argon-40, radon-222, poloni-210, thoát ra sau khi hình thành bởi phân rã phóng xạ trong lớp vỏ và lớp phủ. Chưa rõ tại sao khí quyển thiếu vắng những phân tử hay nguyên tử trung hòa như oxy, nitơ, cacbon, hydro, magie mà có ở lớp đất mặt. Chandrayaan-1 đã phát hiện hơi nước và nó thay đổi theo vĩ độ, nhiều nhất tại ~60–70 độ. Hơi nước có thể được sinh ra từ sự thăng hoa nước đá ở lớp đất mặt. 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.

Cát bụi

Có một đám mây bụi bất đối xứng bao quanh Mặt trăng, được tạo ra do hoạt động của các hạt bụi sao chổi. Ước chừng khoảng 5 tấn bụi sao chổi bay vào bề mặt của Mặt trăng mỗi 24 tiếng đồng hồ. Các hạt này va đập lên bề mặt và làm bụi ở bề mặt Mặt trăng bắn lên. Các hạt bụi Mặt trăng sẽ bay lơ lửng trong khoảng 10 phút, với 5 phút để bay lên và 5 phút để rơi xuống. Trung bình, lớp bụi bay lơ lửng trên bề mặt Mặt trăng có tổng khối lượng khoảng 120 kilogam, dày tới 100 kilomét. Các phép đo bụi đã được thực hiện bởi Thí nghiệm Bụi Mặt trăng (LDEX) của LADEE, ở độ cao từ 20 đến 100 kilomét, trong sáu tháng. LDEX đo được trung bình có một hạt bụi cỡ 0,3 micromét trong mỗi phút. Số lượng hạt bụi tăng lên vào các đợt có mưa sao băng Geminid, Quadrantid, Taurid và Omicron Centaurid, khi Trái đất và Mặt trăng đi ngang qua những đám tàn tích sao chổi. Đám mây bụi của Mặt trăng bất đối xứng, có mật độ cao hơn ở đường biên giữa nửa ban ngày và nửa ban đêm của Mặt trăng.

Khí quyển dày hơn trong quá khứ

Tháng 10 năm 2017, các nhà khoa học tại Trung tâm Du hành Vũ trụ Marshall và Viện Mặt trăng và Hành tinh ở Houston công bố kết quả nghiên cứu dựa trên các mẫu dung nham Mặt trăng thu thập bởi chương trình Apollo cho thấy một khí quyển khá dày của Mặt trăng trong khoảng thời gian dài cỡ 70 triệu năm, giữa 3 và 4 tỷ năm trước. Khí quyển này chứa các khí sinh ra bởi các vụ phun trào núi lửa Mặt trăng và dày khoảng gấp đôi so với khí quyển Sao hỏa ngày nay. Bầu khí quyển cổ đại này đã bị cuốn bay dần vào không gian bởi gió mặt trời.

Mùa

Độ nghiêng trục quay của Mặt trăng so với hoàng đạo chỉ là 1,5424°, nhỏ hơn nhiều so với 23,44° của Trái đất. Do đó bức xạ Mặt trời lên Mặt trăng cũng ít thay đổi theo mùa hơn nhiều, và các yếu tố địa hình có vai trò quyết định trong các hiệu ứng theo mùa. Từ các ảnh chụp bởi tàu vũ trụ Clementine năm 1994, có vẻ như bốn khu vực nhiều núi non ở vành hố va chạm Peary tại cực bắc có thể được chiếu sáng trong toàn bộ cả ngày Mặt trăng, tạo ra những đỉnh núi sáng vĩnh cửu. Không có vùng nào như vậy ở cực nam Mặt trăng. Tương tự, có những khu vực nằm mãi mãi trong bóng tối ở đáy của những hố va chạm gần cực, và các "hố tối vĩnh cửu" này cực lạnh. Tàu quỹ đạo Trinh sát Mặt trăng đã đo được nhiệt độ thấp nhất vào mùa hè ở các hố va chạm gần cực nam là 35 K và nhiệt độ thấp tới 26 K vào sát ngày đông chí ở hố va chạm Hermite gần cực bắc. Đây là nhiệt độ thấp nhất trong Hệ mặt trời mà một tàu vũ trụ đã từng đo được, lạnh hơn cả bề mặt Pluto. 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 khác xa mức trung bình, tùy theo nó nằm ngoài ánh sáng hay khuất trong bóng tối.

Bản đồ trọng lực Mặt trăng của GRAIL

Tổng cường độ từ trường ở bề mặt Mặt trăng, theo kết quả thí nghiệm phản xạ kế điện tử Lunar Prospector.

Vào hoàng hôn hay bình minh, trong khí quyển Mặt trăng có quầng sáng và các tia sáng tỏa ra ở đường chân trời.. Hiện tượng này đã được các nhà du hành vũ trụ đã đặt chân lên Mặt trăng trong chương trình Appolo ghi chép lại trong bản nháp trên ảnh chụp.

Hệ Trái đất - Mặt trăng

Mô hình thu nhỏ của Hệ Trái đất - Mặt trăng: kích thước và khoảng cách trung bình theo đúng tỷ lệ.

Khoảng cách và kích thước góc Mặt trăng thay đổi từ cận điểm sang viễn điểm quỹ đạo.

Quỹ đạo

So với nền các ngôi sao ở xa, Mặt trăng quay hết đúng một vòng quanh Trái đất theo chu kỳ quỹ đạo là 27,3 ngày. Tuy nhiên, do Trái đất chuyển động trên quỹ đạo quanh Mặt trời, để Mặt trăng quay trở lại cùng một pha theo quan sát từ Trái đất, cần khoảng thời gian lâu hơn là chu kỳ giao hội 29,5 ngày. Không giống với hầu hết các vệ tinh tự nhiên khác, Mặt trăng chuyển động gần với mặt phẳng hoàng đạo hơn là mặt phẳng xích đạo của hành tinh mà nó quay quanh. Quỹ đạo của Mặt trăng bị gây nhiễu bởi Mặt trời và Trái đất theo nhiều kiểu nhiễu nhỏ nhưng phức tạp và mang tính tương tác. Ví dụ, mặt phẳng quỹ đạo của Mặt trăng tiến động theo chu kỳ 18,61 năm, và ảnh hưởng đến các khía cạnh khác của chuyển động, thể hiện ở các công thức toán học trong các định luật Cassini.

Tương quan kích thước

Xét tương quan với Trái đất, Mặt trăng là một vệ tinh tự nhiên lớn lạ thường: nó có đường kính bằng hơn một phần tư và khối lượng bằng 1/81 Trái đất. Mặt trăng là vệ tinh lớn nhất trong Hệ Mặt trời nếu so tương quan với kích cỡ hành tinh của chúng, dù vậy Charon có khối lượng bằng 1/9 khối lượng hành tinh lùn Pluto. Khối tâm của Mặt trăng và Trái đất hay tâm khối lượng chung nằm dưới bề mặt Trái đất 1.700 km (khoảng một phần tư bán kính Trái đất). Trái đất quay quanh khối tâm Trái đất-Mặt trăng một lần một tháng thiên văn với tốc độ bằng 1/81 Mặt trăng hay khoảng 12,5 m/s. Chuyển động này chồng lên chuyển động quay của Trái đất quanh Mặt trời với tốc độ lớn hơn nhiều khoảng 30 km/s.

Diện mạo nhìn từ Trái đất

Mặt trăng chuyển động đồng bộ khi quay quanh Trái đất, thời gian nó quay quanh trục gần tương tự thời gian quay quanh Trái đất. Điều này dẫn đến việc Mặt trăng luôn luôn duy trì gần như một mặt hướng về Trái đất. Tuy nhiên bởi hiệu ứng đu đưa, từ Trái đất thực tế có thể quan sát khoảng 59% bề mặt Mặt trăng. Mặt của Mặt trăng mà đối diện Trái đất được gọi là mặt gần còn mặt kia là mặt xa. Mặt xa thường bị gọi không chính xác là "mặt tối" nhưng thực tế nó được soi sáng thường xuyên như mặt gần cứ 29,5 ngày Trái đất một lần. Mặt gần tối vào kỳ trăng non.

Mặt trăng từng tự quay quanh trục của nó với tốc độ nhanh hơn nhưng vào thời đầu lịch sử tốc độ này chậm dần lại và Mặt trăng trở nên bị khóa thủy triều để hướng một mặt về Trái đất. Nguyên nhân là do lực thủy triều mà Trái đất gây ra làm biến dạng Mặt trăng liên tục nếu nó vẫn còn quay so với phương nối đến Trái đất và tạo ra hiệu ứng ma sát gây tiêu hao năng lượng tự quay của Mặt trăng. Qua thời gian, năng lượng quay của Mặt trăng quanh trục của nó biến mất để chuyển hóa thành nhiệt năng cho đến khi không còn chuyển động quay của Mặt trăng so với phương nối đến Trái đất. Vào năm 2016, các nhà khoa học hành tinh sử dụng dữ liệu thu thập bởi vệ tinh Lunar 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. Có thể hai mảng này là hai cực của Mặt trăng cách đây hàng tỉ năm trước khi nó bị khóa thủy triều với Trái đất.

Mặt trăng có suất phản chiếu thấp khác thường, chỉ phản xạ khuếch tán mạnh hơn nhựa đường mòn một chút. Mặc dù vậy Mặt trăng là vật thể sáng thứ hai trên bầu trời sau Mặt trời, điều này một phần do sự tăng cường độ sáng của hiệu ứng xung đối. Mặt trăng tại pha phần tư chỉ sáng bằng một phần mười trăng tròn chứ không phải một nửa. Ngoài ra, sự bất biến màu trong hệ thống thị giác hiệu chỉnh quan hệ giữa màu sắc của một vật thể và môi trường xung quanh nó, và bởi bầu trời xung quanh tương đối tối nên mắt người cảm nhận Mặt trăng là vật thể sáng khi nó được Mặt trời chiếu rọi. Phần ngoài rìa trăng tròn có vẻ sáng như phần ở gần tâm, không có hiệu ứng rìa tối, bởi vì đất Mặt trăng hồi phản ánh sáng về phía Mặt trời nhiều hơn những hướng khác. Mặt trăng trông lớn hơn khi gần đường chân trời nhưng đây hoàn toàn là hiệu ứng tâm lý gọi là ảo ảnh mặt trăng được mô tả lần đầu vào thế kỷ 7 trước CN. Trăng tròn trên bầu trời có đường kính góc trung bình khoảng 0,52° và kích cỡ biểu kiến gần tương đương Mặt trời.

Độ cao lớn nhất của Mặt trăng tại trung thiên thay đổi theo pha và thời gian trong năm. Trăng tròn cao nhất trên bầu trời vào mùa đông đối với cả hai bán cầu. Sự định hướng dạng lưỡi liềm của Mặt trăng còn phụ thuộc vào vĩ độ của địa điểm quan sát, một người quan sát ở miền nhiệt đới có thể thấy trăng lưỡi liềm hình mặt cười. 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. Động vật phù du ở vùng Bắc Cực sử dụng ánh sáng Mặt trăng trong những tháng mà Mặt trời nằm phía dưới đường chân trời.

Khoảng cách giữa Mặt trăng và Trái đất thay đổi từ khoảng 356.400 km tại cận điểm đến 406.700 km tại viễn điểm. Vào ngày 14 tháng 11 năm 2016, Mặt trăng tại pha trăng tròn ở gần Trái đất nhất kể từ năm 1948, 14% gần hơn vị trí xa nhất của nó ở viễn điểm. Mặt trăng dịp này, gọi là siêu trăng, vừa ở gần Trái đất nhất và vừa trùng với một giờ trăng tròn, và nó sáng hơn 30% so với khi ở khoảng cách xa nhất do đường kính góc lớn hơn 14% và 1,14² ≈ 1,30. Mắt người cảm nhận thay đổi độ sáng ít hơn so với mức thay đổi cường độ sáng thực tế, theo công thức dưới đây:

$R_{H}\%=100\times {\sqrt {R_{R}\% \over 100}}$

Ở đây, R_H là mức thay đổi độ sáng cảm nhận bởi mắt người, còn R_R là thay đổi cường độ sáng thực tế. Khi cường độ thực tế thay đổi 130%, độ sáng cảm nhận thay đổi 114%. Như vậy, Mặt trăng ở một pha tại cận điểm sẽ được cảm nhận sáng hơn tối đa 14% so với Mặt trăng ở cùng pha đó tại viễn điểm.

Tồn tại tranh cãi từ trước về việc liệu các đặc điểm trên bề mặt Mặt trăng có thay đổi qua thời gian hay không. Ngày nay, 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, tầm nhìn thiên văn kém, hay những bản vẽ không phù hợp. 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. Gần đây, có gợi ý rằng một vùng bề mặt Mặt trăng đường kính khoảng 3 km bị điều chỉnh bởi một sự kiện giải phóng khí cách đây khoảng một triệu năm.

Cũng như Mặt trời, hình dạng Mặt trăng có thể bị ảnh hưởng bởi khí quyển Trái đất. Hiệu ứng quang học phổ biến là hào quang 22° hình thành khi ánh sáng Mặt trăng khúc xạ qua những tinh thể băng trong những đám mây ti tầng cao và quầng sáng nhỏ hơn khi Mặt trăng được quan sát qua mây mỏng.

Vệ tinh DSCOVR chứng kiến Mặt trăng đi qua trước mặt Trái đất

Siêu trăng ngày 14 tháng 11 năm 2016 nằm cách tâm Trái đất 356.511 kilomet, gần nhất kể từ ngày 26 tháng 1 năm 1948. Lần siêu trăng lớn hơn trong tương lai sẽ là vào ngày 25 tháng 11 năm 2034

Tổng hợp các lực hấp dẫn của Mặt trăng và lực ly tâm trong hệ quy chiếu gắn với Trái đất tạo nên các lực thủy triều được minh họa như trên hình.

Sự đu đưa của Mặt trăng gây ra chênh lệch lực hấp dẫn từ Trái Đất, tạo hiệu ứng thủy triều bởi Trái đất cho Mặt trăng.

Thủy triều

Theo định luật vạn vật hấp dẫn, lực hấp dẫn giữa hai vật thể giảm dần theo bình phương khoảng cách giữa chúng. Do vậy, phần bề mặt Trái đất nằm gần Mặt trăng hơn chịu lực hút từ Mặt trăng mạnh hơn một chút so với phần nằm xa Mặt trăng. Chênh lệch lực hút này tạo ra lực thủy triều. Lực thủy triều tác động lên cả đại dương và lớp vỏ đất đá của Trái đất.

Lực thủy triều có hiệu ứng rõ rệt nhất là làm đại dương có hình ellipsoid với hai "bướu", một bướu nằm gần Mặt trăng, và bướu kia nằm đối diện. Khi Trái đất tự quay trong đại dương hình ellipsoid này, đại dương sẽ dâng lên và hạ xuống so với một điểm trên bề mặt đất đá của Trái đất, tạo ra hiện tượng thủy triều đại dương. Trong vòng khoảng 24 giờ, có hai lần thủy triều dâng cao và hai lần thủy triều hạ thấp. Chính xác hơn, thủy triều dâng cao sau mỗi 12 tiếng 25 phút, với 25 phút cộng thêm vào là do Mặt trăng, và do đó các bướu đại dương, cũng quay cùng chiều với Trái đất ở tốc độ chậm hơn. Mặt trời cũng gây ra hiện tượng thủy triều trên Trái đất, nhưng lực thủy triều của Mặt trời chỉ bằng 40% so với Mặt trăng. Tổng hợp tác động của lực thủy triều Mặt trăng và Mặt trời làm thay đổi phạm vi thủy triều với chu kỳ tuần hoàn khoảng hai tuần. Nếu Trái đất không có lục địa, chỉ toàn đại dương, thủy triều sẽ dễ tiên đoán, với phạm vi thủy triều khoảng một mét. Tuy nhiên, trên thực tế, phạm vi thủy triều phụ thuộc nhiều yếu tố: lực ma sát giữa đại dương với đáy biển, quán tính của khối đại dương, địa hình các bồn trũng đại dương nông dần ở gần bờ, và sự luân chuyển các khối nước biển giữa các bồn trũng đại dương.

Lực thủy triều cũng gây ra các "bướu" ở phần lõi và vỏ đất đá của Trái đất. Tuy nhiên, khác với đại dương, nơi mà lực thủy triều gây ra chuyển động của các khối chất lỏng, chuyển động của phần lõi và vỏ đất đá của Trái đất dưới tác động của lực thủy triều mang tính chất đàn hồi và dẻo. Tương tác đàn hồi này tạo ra mô men lực chống lại chuyển động tự quay của Trái đất. Mô men lực này làm giảm dần mô men động lượng và động năng quay của Trái đất, làm chậm dần chuyển động tự quay của Trái đất. Do bảo toàn mô men động lượng trong hệ Trái đất - Mặt trăng, phần mô 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 trăng tăng dần độ cao với tốc độ quỹ đạo giảm dần. Hiệu ứng này mang tên gia tốc thủy triều, làm tăng dần khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trăng. Thí nghiệm đo khoảng cách Mặt trăng bằng cách chiếu laser lên các tấm hồi phản được chương trình Appolo 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). Các đồng hồ nguyên tử cũng cho thấy ngày Trái đất dài hơn với tốc độ 15 micro giây mỗi năm, làm tăng dần tần suất UTC phải điều chỉnh bằng giây nhuận.

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. Khi đó Mặt trăng sẽ đứng yên tại một kinh tuyến, như một vệ tinh địa tĩnh, giống như trường hợp của Pluto và Charon hiện nay. Tuy nhiên, trong tương lai, Mặt trời sẽ trở thành một sao 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.

Mặt trăng cũng chịu tác động của lực thủy triều gây ra bởi Trái đất và Mặt trời. Phạm vi thủy triều trên Mặt trăng là 10 cm và biến đổi theo chu kỳ 27 ngày, với hai thành phần: thành phần theo phương cố định gây bởi Trái đất, vì Mặt trăng đã bị khóa thủy triều trong quỹ đạo đồng bộ, và thành phần theo phương biến đổi gây bởi Mặt trời. Thành phần gây bởi Trái đất là do sự đu đưa của Mặt trăng, vì quỹ đạo của Mặt trăng có độ lệch tâm. Nếu quỹ đạo của Mặt trăng tròn hoàn hảo thì chỉ có thành phần lực thủy triều gây ra bởi Mặt trời. Ứng suất tích lũy từ các lực thủy triều gây ra các đợt động đất Mặt trăng. Động đất Mặt trăng ít xảy ra hơn và có cường độ yếu hơn so với động đất trên Trái đất. Tuy vậy động đất Mặt trăng có thể diễn ra lâu hơn đáng kể so với trên Trái đất, kéo dài tới gần một giờ đồng hồ, do không có khối nước lỏng làm tiêu hao và dập tắt các dao động địa chấn. Khám phá ra động đất Mặt trăng, bởi các địa chấn kế mà chương trình Apollo đặt trên Mặt trăng từ những năm 1969 đến 1972, đã từng gây ngạc nhiên cho giới khoa học.

Thiên thực

Thiên thực chỉ xảy ra khi Mặt trời, Trái đất, Mặt trăng đều nằm trên một đường thẳng (gọi là sóc vọng). Nhật thực diễn ra vào trăng non khi Mặt trăng nằm giữa Mặt trời và Trái đất. Trái ngược nguyệt thực diễn ra vào trăng tròn khi Trái đất nằm giữa Mặt trời và Mặt trăng. Kích cỡ biểu kiến của Mặt trăng gần bằng Mặt trời và đều vào cỡ gần nửa độ. 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 với Mặt trăng ở gần và bé hơn nhiều. Sự thay đổi trong kích cỡ biểu kiến do quỹ đạo không tròn, xảy ra trong những chu kỳ khác nhau, dẫn đến hai dạng nhật thực là toàn phần (Mặt trăng trông to hơn Mặt trời) và hình khuyên (Mặt trăng trông nhỏ hơn Mặt trời). Trong nhật thực toàn phần, Mặt trăng che phủ hoàn toàn đĩa Mặt trời và quầng mặt trời trở nên có thể quan sát bằng mắt thường. Vì khoảng cách giữa Mặt trăng và Trái đất gia tăng rất chậm qua thời gian, đường kính góc của Mặt trăng đang giảm. Thêm nữa, do đang trong quá trình tiến hóa thành sao khổng lồ đỏ, kích cỡ và đường kính biểu kiến của Mặt trời trên bầu trời đang tăng chậm. Sự kết hợp của hai thay đổi này đồng nghĩa rằng hàng trăm triệu năm trước, Mặt trăng luôn luôn che phủ hoàn toàn Mặt trời trong nhật thực và không có nhật thực hình khuyên. Tương tự như thế, hàng trăm triệu 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.

Vì quỹ đạo Mặt trăng quanh Trái đất nghiêng khoảng 5,145° (5° 9') so với quỹ đạo của Trái đất quanh Mặt trời nên nhật thực không xảy ra tại mọi dịp trăng non và trăng tròn. Để nhật thực diễn ra thì Mặt trăng phải ở gần giao cắt của hai mặt phẳng quỹ đạo. Sự tái lặp của nhật thực và nguyệt thực được mô tả bằng saros, với chu kỳ xấp xỉ 18 năm một lần.

Vì Mặt trăng liên tục chắn khung cảnh bầu trời một diện tích tròn rộng nửa độ, hiện tượng che khuất xảy ra khi một hành tinh hay ngôi sao sáng đi qua phía sau Mặt trăng và bị che mất. Chiếu theo khái niệm này thì nhật thực là sự che khuất Mặt trời. Vì Mặt trăng ở khá gần Trái đất, 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 khác biệt giữa các vùng đất trong quan sát nhật thực. Việc quỹ đạo Mặt trăng tiến động cũng khiến các ngôi sao bị che khuất mỗi năm một khác.

Nhìn từ Trái đất, Mặt trăng và Mặt trời tỏ ra cùng kích cỡ như thấy trong nhật thực 1999

Bản vẽ Mặt trăng của Galileo Galilei trong cuốn sách Sidereus Nuncius (1609)

Bản đồ Mặt trăng trong cuốn Selenographia (1647) vẽ bởi Johannes Hevelius. Đây là một trong những bản đồ đầu tiên có thể hiện các vùng lộ ra khi Mặt trăng đu đưa.

Khám phá

Trước thời kỳ du hành vũ trụ

Một trong các hình vẽ cổ của con người về Mặt trăng có thể là hình khắc trên đá vào 5000 năm trước mang tên Orthostat 47 ở Knowth, Ireland.

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 kỳ saros khoảng 18 năm của nguyệt thực, và các nhà thiên văn Ấn Độ đã mô tả cự giác hàng tháng của Mặt trăng. Nhà thiên văn học Trung Quốc Thạch Thân, vào thế kỷ thứ 4 trước Công nguyên, đã hướng dẫn cách tiên đoán nhật thực và nguyệt thực. Tiếp theo đó là việc hình thành các hiểu biết về hình dạng của Mặt trăng và cơ chế tạo nên ánh sáng Mặt trăng. Nhà triết học Hy Lạp cổ đại Anaxagoras (428 trước CN) cho rằng cả Mặt trời và Mặt trăng đều là những tảng đá hình cầu lớn, và Mặt trăng phản chiếu lại ánh sáng từ Mặt trời. Người Trung Quốc vào thời nhà Hán đã tin rằng Mặt trăng có nguồn năng lượng gọi là khí, nhưng họ cũng có lý thuyết cho rằng ánh sáng của Mặt trăng chỉ là phản xạ từ Mặt trời, và Kinh Phong (78–37 TCN) đã ghi nhận hình dạng cầu của Mặt trăng. Năm 499, nhà thiên văn Ấn Độ Aryabhata ghi chép trong cuốn sách Aryabhatiya của ông rằng nguồn gốc tạo nên ánh trăng là sự phản chiếu ánh sáng Mặt trời. Nhà thiên văn học và vật lý học Alhazen (965–1039) phát hiện ra rằng Mặt trăng không phản xạ giống như một cái gương, mà phản xạ khuếch tán về mọi hướng. Trầm Quát (1031–1095) vào đời nhà Tống đã ẩn dụ về các pha trăng rằm và trăng non, 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.

Trong tác phẩm Về Vũ trụ của Aristoteles (384–322 TCN), Mặt trăng đánh dấu biên giới giữa các quả cầu của các nguyên tố biến đổi (đất, nước, khí và lửa), và các sao bất tử của ê te, theo lý thuyết vật lý Aristoteles. Tuy nhiên, trong thế kỷ thứ 2 trước Công nguyên, Sélefkos Seleukos đã nhận định thủy triều gây ra bởi sức hút của Mặt trăng, và độ cao của thủy triều phụ thuộc vào vị trí Mặt trăng so với Mặt trời. Trong cùng thời gian này, Arístarkhos xứ Sámios đã tính ra kích thước Mặt trăng và khoảng cách từ Mặt trăng đến Trái đất vào cỡ 20 lần bán kính Trái đất. Các kết quả đo này đã được cải thiện độ chính xác lên nhiều bởi Claudius Ptolemaeus (90–168): 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. Arkhimídis (287–212 TCN) đã thiết kế một mô hình vũ trụ có thể tính toán chuyển động của Mặt trăng và các vật thể khác trong Hệ Mặt trời.

Trong Thời kỳ Trung cổ, trước khi có kính viễn vọng, Mặt trăng ngày càng được chấp nhận là có hình dạng hình cầu, mặc dù nhiều người tin rằng hình cầu này "nhẵn hoàn hảo".

Năm 1609, Galileo Galilei đã vẽ những bức vẽ đầu tiên về hình ảnh Mặt trăng quan sát qua kính viễn vọng, trong quyển sách Sidereus Nuncius của ông, và ghi chép rằng thiên thể này không nhẵn mà có các núi non và các hố. Thomas Harriot cũng đã vẽ những bức vẽ tương tự sớm hơn vài tháng, nhưng không xuất bản các bức vẽ này. Việc vẽ bản đồ Mặt trăng được phát triển tiếp trong thế kỷ 17, dựa vào quan sát từ kính viễn vọng. Các nỗ lực của Giovanni Battista Riccioli và Francesco Maria Grimaldi đã tạo ra hệ thống đặt tên các đặc điểm Mặt trăng được sử dụng rộng rãi ngày nay. Wilhelm Beer và Johann Heinrich Mädler những năm 1834–36 đã xây dựng bản đồ Mappa Selenographica và xuất bản vào năm 1837 cuốn sách Der Mond. Các công trình này chứa những nghiên cứu lượng giác chính xác đầu tiên về các đặc điểm của Mặt trăng, bao gồm chiều cao của trên một nghìn ngọn núi, với độ chính xác gần tương đương với nghiên cứu địa lý trên Trái đất. Các hố trên Mặt trăng, lần đầu được ghi chép bởi Galileo, đã từng được cho là các miệng núi lửa cho đến những năm 1870, khi Richard Proctor đề xuất rằng chúng được tạo ra bởi các vụ va chạm. Quan điểm này được nhà địa chất thực nghiệm Grove Karl Gilbert đồng tình vào năm 1892, và tiếp tục được củng cố qua các nghiên cứu so sánh thực hiện từ các năm 1920 đến các năm 1940, hình thành nên một nhánh nghiên cứu về địa tầng học Mặt trăng, một nhánh mới của địa chất thiên văn phát triển vào những năm 1950.

1958-1970

Trong thời gian từ 1958, năm khởi động chương trình Luna của Liên Xô, đến những năm 1970, năm kết thúc của chương trình Apollo và cả chương trình Luna, cuộc Chạy đua Vũ trụ giữa Liên Xô và Mỹ đã làm tăng đáng kể mối quan tâm về khám phá Mặt trăng. Khi cuộc đua này kết thúc, cả Mỹ và Liên Xô đã nắm được các công nghệ tên lửa đẩy cần thiết, và các quốc gia này sau đó chỉ còn gửi các tàu thăm dò không người lái bay qua hoặc hạ cánh hay đâm xuống Mặt trăng.

Hoạt động của Liên Xô

Sau ba nhiệm vụ không tên thất bại năm 1958, tàu không gian từ chương 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 là Luna 1, vật thể nhân tạo đầu tiên va chạm bề mặt Mặt trăng là Luna 2, và những bức ảnh đầu tiên về nửa xa của Mặt trăng mà bình thường ẩn dạng được chụp bởi Luna 3, tất cả đều vào năm 1959.

Tàu không gian đầu tiên đổ bộ nhẹ nhàng lên Mặt trăng thành công là Luna 9 và phương tiện không người lái đầu tiên đi vào quỹ đạo quanh Mặt trăng là Luna 10, cả hai vào năm 1966. 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, và Luna 24 năm 1976) với tổng khối lượng 0,3 kg. Hai cỗ máy thám trắc tiên phong trong chương trình Lunokhod của Liên Xô đã đặt chân lên Mặt trăng vào các năm 1970 và 1973.

Hoạt động của Hoa Kỳ

Năm 1961, Tổng thống Hoa Kỳ John F. Kennedy cam kết sẽ đưa con người lên Mặt trăng trước khi thập kỷ 1960 kết thúc. Cùng năm, NASA đã đưa một loạt tàu thăm dò không người lái lên Mặt trăng để tìm hiểu về bề mặt và chuẩn bị cho nhiệm vụ đưa người lên đây. Chương trình Ranger của Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực đã cho những ảnh chụp cận cảnh đầu tiên; chương trình Tàu quỹ đạo Mặt trăng đã vẽ bản đồ toàn bộ bề mặt; chương trình Surveyor đã đưa tàu đổ bộ Surveyor 1 lên Mặt trăng sau Luna 9 khoảng 4 tháng. Chương trình Apollo với các tàu có người lái được thực hiện song song. Sau một loạt thử nghiệm với các tàu Apollo không người lái và có người lái trên quỹ đạo quanh Trái đất, năm 1968 Apollo 8 đã lần đầu tiên đưa người bay trên quỹ đạo quanh Mặt trăng. Năm 1969 là thời kỳ đỉnh cao của Cuộc chạy đua Vũ trụ với việc lần đầu con người đặt chân lên Mặt trăng nhờ các tàu Apollo.

Neil Armstrong, phi hành gia của Apollo 11, đã trở thành người đầu tiên bước chân trên Mặt trăng, vào hồi 02:56 UTC ngày 21 tháng 7 năm 1969. Sự kiện này đã được truyền hình trực tiếp và ước chừng có khoảng 500 triệu người trên toàn cầu đã xem. Các tàu Apollo đã mang về 380,05 kg đất đá Mặt trăng trong 2196 mẫu vật.

Các tàu Apollo cũng đã lắp đặt nhiều thiết bị thí nghiệm trên Mặt trăng, gồm các đầu dò dòng nhiệt, địa chấn kế, từ kế, tại các vị trí đổ bộ của Apollo 12, 14, 15, 16 và 17. Dữ liệu từ các thiết bị này được truyền trực tiếp về Trái đất, cho đến năm 1977, khi chi phí thực hiện bị cắt giảm. Tuy nhiên thí nghiệm đo khoảng cách laser Mặt trăng chỉ dùng các thiết bị thụ động là các tấm gương hồi phản, nên vẫn được tiếp tục cho đến ngày nay. Việc đo khoảng cách vẫn thường xuyên được thực hiện bởi các tia laser phát ra từ các trạm ở Trái đất, với độ chính xác cỡ vài xentimét. Dữ liệu khoảng cách vẫn đang được dùng cho nhiều mục đích nghiên cứu, bao gồm việc xác định giới hạn kích thước lõi Mặt trăng.

Hình ảnh đầu tiên trong lịch sử về nửa xa của Mặt trăng do Luna 3 chụp, 7 tháng 10 năm 1959

Buzz Aldrin đang rời khỏi Mô đun Mặt trăng Đại bàng trong chuyến đi Apollo 11 (1969) để trở thành người thứ hai đặt chân lên Mặt trăng

SMART-1 bay quay Mặt trăng theo quỹ đạo thấp dần với động cơ ion.

Ảnh chụp xe tự hành Ngọc Thố 2 từ tàu đổ bộ Thường Nga 4 tại nửa xa của Mặt trăng.

Thập kỷ 1970 đến nay

Từ thập niên 1970, mối quan tâm trong thám hiểm vũ trụ bắt đầu hướng về các khu vực khác trong Hệ Mặt trời. Trong nhiều năm, Mặt trăng không được chú ý, cho đến khi hoạt động vũ trụ dần được quốc tế hóa.

Từ những năm 1990, có thêm nhiều quốc gia tham gia khai phá trực tiếp Mặt trăng. Năm 1990, Nhật Bản là quốc gia thứ ba đưa tàu vũ trụ bay quanh Mặt trăng, tàu Hiten. Con tàu này thả ra một đầu dò quỹ đạo mang tên Hagoromo, nhưng bộ phận truyền tín hiệu của đầu dò bị hỏng và ngăn cản việc khai thác chuyến thám hiểm này cho mục đích khoa học. Năm 1994, Hoa Kỳ đưa tàu Clementine vào quỹ đạo Mặt trăng. Tàu Clementine đã vẽ bản đồ địa hình gần như toàn cầu đầu tiên cho Mặt trăng và chụp ảnh đa phổ toàn cầu đầu tiên cho bề mặt Mặt trăng. Tiếp đó, vào năm 1998, tàu Lunar 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.

Tàu SMART-1 của Liên minh Châu Âu, tàu vũ trụ thứ hai sử dụng sức đẩy ion, đã 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. Chuyến thám hiểm này đã cung cấp những kết quả chi tiết đầu tiên về các thành phần hóa học của bề mặt Mặt trăng.

Chương trình Thám hiểm Mặt trăng của Trung Quốc bắt đầu với tàu Thường Nga 1. 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. 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. Ngày 14 tháng 12 năm 2013, Thường Nga 3 đã đưa một tàu đổ bộ lên bề mặt Mặt trăng. Tàu đổ bộ này sau đó thả ra một xe tự hành Mặt trăng có tên Ngọc Thố (玉兔). 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 nửa xa của Mặt trăng. Thường Nga 5 đã đáp xuống Mặt Trăng vào ngày 1 tháng 12 năm 2020 theo giờ Việt Nam với nhiệm vụ sẽ mang về Trái đất mẫu vật của Mặt trăng.

Từ ngày 4 tháng 10 năm 2007 đến ngày 10 tháng 6 năm 2009, tàu quỹ đạo Kaguya của Cơ 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 giải cao đầu tiên ở bên ngoài quỹ đạo Trái đất.

Nhiệm vụ khám phá Mặt trăng đầu tiên của Ấn Độ đã được thực hiện bởi tàu Chandrayaan-1, bay quanh thiên thể này từ ngày 8 tháng 11 năm 2008 cho đến khi bị mất tín hiệu ngày 27 tháng 8 năm 2009. Chandrayaan-1 đã cung cấp các bản đồ có độ phân giải cao về hóa học, khoáng vật học và quang-địa chất của bề mặt Mặt trăng, và đã xác nhận sự tồn tại của nước trên Mặt trăng. Tổ chức Nghiên cứu Không gian Ấn Độ đã lên kế hoạch cho tàu Chandrayaan-2 vào năm 2013, dự định mang theo các xe tự hành của Nga. Tuy nhiên thất bại của dự án Fobos-Grunt của Nga đã làm ngày phóng lùi đến 22 tháng 7 năm 2019. Tàu đổ bộ Vikram của Chandrayaan-2 đã cố gắng hạ cánh đến khu vực gần nam cực của Mặt trăng vào ngày 6 tháng 9 năm 2019, nhưng bị mất tín hiệu sau khi di chuyển được 2,1 km.

Ngày 18 tháng 6 năm 2009, Hoa Kỳ phóng cùng lúc Tàu quỹ đạo Trinh sát Mặt trăng và thiết bị va chạm LCROSS. LCROSS đã tạo ra một va chạm ở hố Cabeus ngày 9 tháng 10 năm 2009, còn Tàu quỹ đạo Trinh sát Mặt trăng hiện nay vẫn đang hoạt động, đo cao độ chính xác và chụp ảnh độ phân giải cao. Cặp tàu GRAIL của NASA đã bắt đầu bay quanh Mặt trăng từ ngày 1 tháng 1 năm 2012, để nghiên cứu cấu trúc bên trong của Mặt trăng. Ngày 6 tháng 10 năm 2013, tàu thăm dò LADEE của NASA đã đi vào quỹ đạo Mặt trăng, nghiên cứu tầng ngoài khí quyển Mặt trăng.

Nga đã lên kế hoạch cho các dự án Luna trong tương lai, từ Luna 25 đến Luna 31. Luna 25, còn gọi là Luna-Glob, dự kiến sẽ có một tàu đổ bộ không người lái mang theo một bộ địa chấn kế và một tàu quỹ đạo được thiết kế dựa trên tàu Fobos-Grunt đến Sao Hỏa đã từng thất bại. Hoa Kỳ cũng đã công bố chương trình Artemis, với mục tiêu "đưa người phụ nữ đầu tiên và người đàn ông tiếp theo" lên Mặt trăng, đặc biệt là vùng cực nam, vào năm 2024.

Hoạt động tư nhân

Ngoài các dự án của các quốc gia, cũng có các kế hoạch tư nhân để thám hiểm và khai thác Mặt trăng.

Giải thưởng Mặt trăng X của Google, công bố ngày 13 tháng 9 năm 2007, trao thưởng 20 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.Tuy nhiên, vào tháng 1 năm 2018, giải thưởng đã được tuyên bố là không có ai đạt được do không có đội dự thi nào kịp hoàn thành nhiệm vụ đúng hạn.

Công ty Năng lượng Shackleton đã công bố một chương trình hoạt động tại cực nam của Mặt trăng để thu hoạch nước và cung cấp cho các Kho chứa Thuốc phóng của họ. Tuy nhiên công ty đã không huy động được đủ vốn để hoạt động.

Tháng 8 năm 2016, công ty khởi nghiệp Moon Express đã được chính phủ Hoa Kỳ cấp phép thực hiện chương trình đổ bộ lên Mặt trăng. Ngày 28 tháng 2 năm 2018, SpaceX, Vodafone, Nokia và Audi công bố hợp tác trong việc xây dựng mạng 4G trên Mặt trăng để truyền hình trực tiếp về Trái đất. Ngày 29 tháng 11 năm 2018 NASA mở thầu cho các công ty tư nhân thực hiện việc đưa các gói thiết bị nhỏ lên Mặt trăng, trong chương trình Dịch vụ Vận tải Mặt trăng Thương mại mà nay là một phần của chương trình Artemis.

Mô hình của ba tàu đổ bộ của các nhà thầu tư nhân được chọn cho chương trình Artemis. Từ trái qua phải: Peregrine của Astrobotic Technology, Nova-C của Intuitive Machines và Z-01 của OrbitBeyond.

Các vật dụng bị để lại trên Mặt trăng, sau hoạt động của Gói Thí nghiệm Bề mặt Mặt trăng của Apollo

Sự hiện diện của con người

Hoạt động của con người trên Mặt trăng đã để lại các vật dụng tại đây. Trong số đó, có một số được lắp đặt có chủ đích, như các tác phẩm nghệ thuật Bảo tàng Mặt trăng, các thông điệp thiện chí Apollo 11, các tấm thẻ Mặt trăng, bảng tưởng niệm Nhà du hành đã Ngã xuống.

Một số thiết bị vẫn còn đang trong quá trình sử dụng. Một số tàu quỹ đạo vẫn đang hoạt động trên quỹ đạo Mặt trăng, như Tàu quỹ đạo Trinh sát Mặt trăng. Một số tàu đổ bộ và xe tự hành vẫn đang được vận hành như các thiết bị của Thường Nga 3, với Kính viễn vọng Cực tím Mặt trăng, của Thường Nga 4 và Thường Nga 5.

Mặt trăng được coi là một địa điểm lý tưởng để lắp đặt nhiều loại kính viễn vọng. Nó không quá xa Trái đất, nên không đòi hỏi chi phí quá lớn trong vận chuyển, lắp đặt và liên lạc. Các ảnh chụp quang học sẽ không bị gây nhiễu do rối loạn trong khí quyển, vì Mặt trăng hầu như không có khí quyển. Một số hố ở gần các cực nằm trong bóng tối vĩnh cửu và rất lạnh nên phù hợp cho kính viễn vọng hồng ngoại vốn nhạy cảm với nhiễu hồng ngoại từ vật thể nhiệt độ thường. Kính viễn vọng vô tuyến ở nửa xa của Mặt trăng cũng được che chắn khỏi nhiễu sóng vô tuyến từ nhiều nguồn phát ra ở Trái đất. Đất Mặt trăng, tuy có thể gây ra vấn đề cho các bộ phận chuyển động của các kính viễn vọng, có thể được trộn với các ống nano carbon và epoxy để tạo thành vật liệu xây dựng cho các công trình kính viễn vọng đạt đường kính tới 50 mét. Kính viễn vọng thiên đỉnh trên Mặt trăng có thể được tạo ra dễ dàng với muối lỏng.

Đã có những kế hoạch để tiến đến cho phép con người sinh sống dài ngày trên Mặt trăng. Dự án Cổng Mặt trăng thuộc chương trình Artemis là một trong các nỗ lực đang được triển khai nhắm tới gần hơn mục đích này. Tuy con người đã từng có mặt được vài ngày trên Mặt trăng, có các thử thách cho cuộc sống lâu dài tại đây. Bụi Mặt trăng có thể dính vào quần áo và bị mang theo vào khu vực sinh hoạt. Bụi này đã từng được nếm và ngửi bởi các nhà du hành vũ trụ, với tên gọi "hương vị Apollo". Bụi mịn có thể gây ra các vấn đề về sức khỏe.

Năm 2019, ít nhất một hạt giống đã nảy mầm trong một thí nghiệm mang theo sự sống từ Trái đất của tàu đổ bộ Thường Nga 4 có tên gọi Hệ Vi Sinh thái Mặt trăng.

Mặc dù chương trình Luna đã cắm các cờ của Liên Xô trên Mặt trăng, và các nhà du hành vũ trụ Apollo cũng đã cắm những lá cờ Hoa Kỳ, chưa có quốc gia nào tuyên bố sở hữu lãnh thổ trên Mặt trăng. Nga, Trung Quốc, Ấn Độ và Hoa Kỳ đã ký Hiệp ước Ngoại Không gian năm 1967, định nghĩa Mặt trăng và toàn bộ không gian ngoài Trái đất là "di sản chung của nhân loại". Hiệp ước này giới hạn việc khai thác Mặt trăng vào mục đích hòa bình, nghiêm cấm hoạt động quân sự và vũ khí hủy diệt hàng loạt. Hiệp ước Mặt trăng năm 1979 ngăn cản các quốc gia đơn phương khai thác tài nguyên Mặt trăng. Tuy nhiên đến tháng 11 năm 2016, mới chỉ có 18 quốc gia đã phê chuẩn hiệp ước này, trong đó không có quốc gia nào có năng lực tự đưa người lên không gian. 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.

Văn hóa

Thần thoại

Các vùng có mầu sáng và màu sẫm trên Mặt trăng đã được con người tưởng tượng thành những hình ảnh khác nhau trong các nền văn hóa khác nhau, như chú Cuội và cây đa trên cung trăng, trong văn hóa dân gian Việt Nam, hay thỏ Mặt trăng, trong văn hóa Trung Hoa và các vùng viễn đông (Hàn Quốc, Nhật Bản), hoặc hình mặt người, hình con trâu. Trong nhiều nền văn hóa cổ và tiền sử, Mặt trăng được nhân cách hóa thành nam thần hoặc nữ thần, hoặc được coi như hiện tượng siêu nhiên và thuật chiêm tinh liên quan đến Mặt trăng vẫn còn được lan truyền đến ngày nay.

Thần thoại Trung Hoa kể về sự tích Hằng Nga bay lên Mặt trăng và trường sinh cùng thỏ ngọc tại đây, một trong các sự tích lý giải cho phong tục tết Trung Thu. Thần thoại Ấn Độ coi Chandra là nam thần Mặt trăng. Tôn giáo Lưỡng Hà của người Sumer cổ (4500–1900 TCN) tin Mặt trăng là nam thần Nanna, cha của Inanna, nữ thần Sao kim, và Utu, thần Mặt trời. Trong tín ngưỡng Tiền Ấn Âu, Mặt trăng được nhân cách hóa thành nam thần *Meh₁not. Theo thần thoại Hy Lạp La Mã cổ đại, Mặt trời là nam và Mặt trăng là nữ, ứng với Helios/Sol và Selene/Luna; một đặc trưng văn hóa của vùng phía đông Địa Trung Hải và dấu vết về nam thần Mặt trăng trong văn hóa Hy Lạp cổ được để lại trong hình tượng Menelaus.

Biểu tượng sao và lưỡi liềm đã xuất hiện trong văn hóa loài người từ thời kỳ đồ đồng, đại diện cho Mặt trời hoặc Mặt trăng, hoặc Mặt trăng và Sao kim. Biểu tượng này được người Hy Lạp cổ đại dùng cho Artemis hoặc Hekate, và sau này đại diện cho Byzantium. Biểu tượng lưỡi liềm đã được dùng trong văn hóa Lưỡng Hà để đại diện thần Nanna. Trong nghệ thuật Hy Lạp cổ đại, nữ thần Selene đội trên đầu hình lưỡi liềm xoay ngang giống hai sừng. Các biểu tượng Mặt trời và Mặt trăng có mặt người được phát triển sau này vào thời trung cổ.

Lịch

Mục từ chi tiết: Âm lịch

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. Một số thanh đếm cổ, được làm từ xương vào khoảng 20–30 nghìn năm trước, đã được một số nhà nghiên cứu cho là đánh dấu các pha của Mặt trăng. Ngày nay, chu kỳ lặp lại của tháng, khoảng 30 ngày, gần tương ứng với chu kỳ giao hội của Mặt trăng. Trong tiếng Hán và các ngôn ngữ Châu Âu, từ biểu thị khái niệm "tháng" có nguồn gốc từ Mặt trăng.

Hầu hết các lịch đã xuất hiện trong lịch sử loài người đều là âm dương lịch, dựa trên các chu kỳ chuyển động của cả Mặt trăng và Mặt trời. Lịch Hồi giáo xuất hiện vào thế kỷ thứ 7 là một ngoại lệ, dựa hoàn toàn vào lịch Mặt trăng. Theo lịch này, các tháng được xác định bằng việc quan sát hilal, trăng non sớm nhất, ở đường chân trời.

Ảnh hưởng tâm sinh lý

Có những ghi chép chưa được xác nhận bằng lý thuyết khoa học về chu kỳ khoảng 29,5 ngày của Mặt trăng lên hành vi và trạng thái tâm sinh lý của sinh vật trên Trái đất, bao gồm con người.

Trong một số nền văn hóa, Mặt trăng có liên hệ với tính cách điên rồ hoặc phi lý. Nhà triết học Aristoteles và Pliny cha đã cho rằng mặt trăng tròn gây ra sự điên cuồng trong những người nhạy cảm. Họ giải thích là não bộ chứa nhiều nước và bị ảnh hưởng bởi lực thủy triều của Mặt trăng; tuy nhiên theo tính toán hiện đại, lực thủy triều Mặt trăng có tác động vô cùng bé tới con người. Có một số người ngày nay vẫn tin là Mặt trăng tròn làm tăng số ca nhập viện vì tâm thần, số ca giết người hoặc tự tử, hay số vụ tai nạn giao thông; tuy nhiên đã có hàng chục nghiên cứu phủ nhận mối liên hệ này.

Một chiếc gương đồng thời nhà Đường ở Trung Quốc (618-906) có họa tiết Hằng Nga và thỏ ngọc trên cung trăng.

Các pha Mặt trăng trong một tờ lịch ở cuốn Địa chí Catalunya (1375) của Abraham và Jehuda Cresques.

Mặt trăng hiện lên nổi bật trong bức họa Đêm đầy sao của Vincent van Gogh

Trăng vào cửa sổ đòi thơ,
Việc quân đang bận, xin chờ hôm sau,
Chuông lầu chợt tỉnh giấc thu,
Ấy tin thắng trận Liên khu báo về.

Bản dịch bởi Huy Cận cho bài Báo Tiệp (報捷) của Hồ Chí Minh

Nguồn cảm hứng

Mặt trăng là nguồn cảm hứng cho nhiều nhà thơ, nhà văn nổi tiếng ở nhiều thời đại, nhiều nền văn hóa. Các nhà thơ Trung Quốc như Lý Bạch, Trương Cửu Linh, Đỗ Phủ, Tô Thức đều có tác phẩm vịnh nguyệt. Những tác giả Nhật Bản, như Myoe (1173-1232), Dogen (1200-1253), cũng có những áng thơ về trăng. Các tác giả Pháp như Paul Verlaine hay Guy de Maupassant cũng có thơ và tiểu thuyết về ánh trăng, trong đó có tác phẩm tiếp tục gây cảm hứng cho âm nhạc của Claude Debussy. Nhiều tác giả Việt Nam qua nhiều thời đại cũng viết về trăng.

Mặt trăng cũng là chủ đề của các tiểu thuyết văn học viễn tưởng. Vào thế kỷ thứ 2, Lukianos xứ Samosata viết tiểu thuyết Truyện Thật (Ἀληθῆ διηγήματα), kể chuyện những người anh hùng du hành đến Mặt trăng và gặp các cư dân tại đó. Từ thời Phục Hưng đến nay, có một số tác phẩm tiêu biểu như Tiếu sử về Đế chế Mặt trăng của Cyrano de Bergerac, Từ Trái đất lên Mặt trăng (1865) và Bay quanh Mặt trăng (1869) của Jules Verne, Tiên phong lên Mặt Trăng (1901) của H. G. Wells.

Sự thể hiện Mặt trăng trên bầu trời xuất hiện phổ biến trong hội họa. Tại Châu Âu, trăng có vai trò đặc biệt là trong chủ nghĩa lãng mạn vì sự biến mất của trăng có thể được liên tưởng đến số phận bất hạnh hoặc hành trình từ sự sống đến cái chết.

Trong âm nhạc, Mặt trăng là nguồn cảm hứng cho nhiều sáng tạo. Các ví dụ trong âm nhạc cổ điển Châu Âu là Sonata ánh trăng (1802) của Ludwig van Beethoven (mặc dù tên này được đặt khi nhà soạn nhạc đã mất) hoặc phần Clair de lune (1905) trong giao hưởng của Claude Debussy. Các sự kiện khám phá Mặt trăng nổi tiếng cũng đi vào ca nhạc, như Walking on the Moon (1979) của The Police, Man on the Moon (1992) của R.E.M. hoặc album The Dark Side of the Moon (1973) của Pink Floyd.

Trong điện ảnh, có các phim viễn tưởng, tài liệu, tiểu sử chính kịch về chủ đề Mặt trăng. Một số ví dụ là Đích đến Mặt trăng (1950) của Irving Pichel, Người đầu tiên trên Mặt trăng (1964) của Nathan Juran, Apollo 13 (1995) của Ron Howard, Mặt trăng (2009) của Duncan Jones, Bước chân đầu tiên (2018) của Damien Chazelle.

Trong kỳ học, trăng tròn xuất hiện trên huy hiệu và cờ Lào, Mông Cổ và Palau. Ngoài ra, lưỡi liềm và ngôi sao và lưỡi liềm đã trở thành biểu tượng của Đế chế Ottoman, kế thừa Byzantium, và cờ của nhiều quốc gia Hồi giáo, như Thổ Nhĩ Kỳ, Tunisia, Algeria và Pakistan. Hình lưỡi liềm cũng được sử dụng độc lập với Hồi giáo, như ở cờ Singapore.

Thông tin tham khảo

Mặt trăng

Mặt trăng nhìn từ Trái đất, theo chu kỳ quay quanh Trái đất, thể hiện các pha và sự đu đưa.
Danh pháp
Danh pháp	Trái đất I
Tên khác	Hằng Nga Chị Hằng (văn thơ) Nguyệt (Hán Việt)
Đặc trưng quỹ đạo
Kỷ nguyên J2000
Cận điểm quỹ đạo	362600 km (356400–370400 km)
Viễn điểm quỹ đạo	405400 km (404000–406700 km)
Bán trục lớn	384 399 km  (0,00257AU)
Độ lệch tâm quỹ đạo	0,0549
Chu kỳ quỹ đạo	27,321661 ngày (27 ngày 7 giờ 43 phút 11,5 s)
Chu kỳ giao hội	29,530589 ngày (29 ngày 12 giờ 44 phút 2,9 s)
Tốc độ quỹ đạo trung bình	1,022 km/s
Độ nghiêng quỹ đạo	5,145° so với hoàng đạo
Kinh độ điểm nút lên	Lùi lại một vòng trong 18,61 năm
Acgumen cận điểm	Dịch lên một vòng trong 8,85 năm
Vệ tinh tự nhiên	Trái đất
Tính chất vật lý
Bán kính trung bình	1737,4 km   (0,2727 giá trị Trái đất)
Bán kính xích đạo	1738,1 km   (0,2725 giá trị Trái đất)
Bán kính cực	1736,0 km   (0,2731 giá trị Trái đất)
Độ dẹt	0,0012
Chu vi	10921 km  (xích đạo)
Diện tích bề mặt	3,793×107 km²   (0,074 giá trị Trái đất)
Thể tích	2,1958×1010 km³   (0,020 giá trị Trái đất)
Khối lượng	7,342×1022 kg   (0,012300 giá trị Trái đất)
Mật độ trung bình	3,344 g/cm3 0,606 giá trị Trái Đất
Hấp dẫn bề mặt	1,62 m/s2  (0,1654 g)
Yếu tố mômen quán tính	0,3929 ±0,0009
Tốc độ thoát	2,38 km/s
Chu kỳ quay thiên văn	27,321661 ngày  (đồng bộ)
Tốc độ quay xích đạo	4,627 m/s
Độ nghiêng trục quay	1,5424° đến hoàng đạo 6,687° đến mặt phẳng quỹ đạo 24° so với xích đạo Trái đất
Xích kinh cực bắc	17giờ 47phút 26giây 266,86°
Xích vĩ cực bắc	65,64°
Suất phản chiếu	0,136
Nhiệt độ mặt tối thiểu trung bình tối đa Xích đạo 100 K 220 K 390 K 85°B  150 K 230 K
Cấp sao biểu kiến	−2,5 đến −12,9 −12,74  (trăng tròn trung bình)
Đường kính góc	29,3 đến 34,1 phút cung
Khí quyển
Áp suất bề mặt	10−7 Pa (1 picobar)  (ngày) 10−10 Pa (1 femtobar)    (đêm)
Thành phần theo thể tích	He Ar Ne Na K H Rn

Chú thích

Tham khảo

Nguồn tài liệu

• Bùi Phương Nga; Lê Thị Thu Dinh; Đoàn Thị My; Nguyễn Tuyết Nga (2011), Tự nhiên và Xã hội lớp 3 (lxb. thứ 7), Hà Nội: Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam, ISBN 978-604-0-00043-9
• Lowrie, William (2007), Fundamentals of Geophysics (lxb. thứ 2), Cambridge: Cambridge University Press, ISBN 978-0-511-35447-2
• Terry, Paul (2013), Top 10 of Everything, Octopus Publishing Group Ltd, ISBN 978-0-600-62887-3
• Lucey, Paul; Korotev, Randy L.; et al. (2006), "Understanding the lunar surface and space-Moon interactions", Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 60 (1): 83–219, Bibcode:2006RvMG...60...83L, doi:10.2138/rmg.2006.60.2
• Morais, M.H.M.; Morbidelli, A. (2002), "The Population of Near-Earth Asteroids in Coorbital Motion with the Earth", Icarus, 160 (1): 1–9, Bibcode:2002Icar..160....1M, doi:10.1006/icar.2002.6937, S2CID 55214551, lưu trữ từ tài liệu gốc ngày 19 tháng 8 năm 2020, truy cập ngày 2 tháng 12 năm 2019

Xem thêm

• Vệ tinh tự nhiên

Liên kết ngoài

• Tttrung/nháp tại Encyclopædia Britannica
• Tttrung/nháp tại Từ điển Bách khoa Việt Nam