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"/>  

[[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"/>]]

Vào năm 2011 một thí nghiệm đã đo được 615 đến 1410 ppm nước trong [[bao thể nóng chảy]] của mẫu đá chứa magma cổ ở Mặt trăng, cho thấy một số phần bên trong Mặt trăng có lượng nước tương đương lớp phủ trên của Trái đất.<ref name="hauri" /> Việc phân tích lại dữ liệu phổ phản xạ của máy đo ''M3'' vào năm 2018 đã khẳng định sự tồn tại của nước đá trong vòng vĩ độ 20° ở cả hai cực.<ref name="ShuaiLi">Shuai Li và các tác giả khác, ''[https://www.pnas.org/content/115/36/8907 Direct evidence of surface exposed water ice in the lunar polar regions]'', Proceedings of the National Academy of Sciences, tháng 8 năm 2018, số 115, quyển 36, tr.8907–8912, DOI [https://doi.org/10.1073/pnas.1802345115 10.1073/pnas.1802345115], [[pmid]] 30126996, [[pmc]] 6130389, [[Bibcode]] 2018PNAS..115.8907L</ref> Dữ liệu cho thấy ánh sáng phản xạ đặc trưng của nước đá, khác hẳn so với ánh sáng từ hydroxyl, nước ở thể khác, hay các bề mặt phản xạ khác.<ref name="ShuaiLi"/> Nước đá có nhiều hơn ở cực Nam, tại các khu vực nằm trong bóng tối lâu nhất.<ref name="ShuaiLi"/> [[Tàu quỹ đạo Trinh sát Mặt trăng]] xác nhận nhiệt độ rất thấp trong một số hố va chạm và chụp được ảnh nhờ ánh sáng của sao.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-1-general-properties-of-the-moon tr.309]} Tổng lượng nước ở các hố này vào khoảng hàng trăm tỷ tấn.<ref name="Fraknoi"/>^{[https://openstax.org/books/astronomy/pages/9-1-general-properties-of-the-moon tr.309]}

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>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>

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]}  

[[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>

=== Nguồn ===

{{nn

|en=391266|enName=Moon

}}