Mặt trăng

Mặt trăng nhìn từ Trái đất, theo chu kỳ quay quanh Trái đất, thể hiện các pha và sự lắc lư.
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

Mặt trăng là một thiên thể quay quanh Trái đất và là vệ tinh tự nhiên duy nhất của hành tinh này. Trong Hệ Mặt trời, Mặt trăng là vệ tinh tự nhiên lớn thứ năm và nếu xét về tỷ lệ kích thước so với hành tinh mà nó quay quanh thì Mặt trăng đạt tỷ lệ này cao nhất. 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 Mặt trăng lắc qua lại 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.

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.

Trước hội nghị này, 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.

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.

Minh họa giả thuyết va chạm lớn

• 

  Giản đồ giả thuyết va chạm lớn
• 

  Minh họa cận cảnh

Đặc tính vật lý

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%	24,0%
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%

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.

Giản đồ cấu trúc bên trong Mặt trăng

Bề mặt

Mục từ chi tiết: Địa hình Mặt trăng

Tập tin:Topographic Globe of the Mooon.gif

Địa hình Mặt trăng. Màu cam ứng với độ cao lớn, màu lam ứng với độ sâu lớn.

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.

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 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.

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 vệ tinh Lunar Reconnaissance Orbiter, 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

Hố Daedalus ở nửa xa của Mặt trăng

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. Thang thời gian 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 vệ tinh Lunar Reconnaissance Orbiter 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.

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, các chất khí thoát khỏi trường hấp dẫn yếu của thiên thể này và thoát 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

Bản đồ trọng lực Mặt trăng của GRAIL

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 ít thay đổi theo mùa hơn, và các yếu tố địa hình có đóng góp mạnh hơn 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 rất lạnh. Tàu quỹ đạo Trinh sát Mặt trăng đã đo được nhiệt độ thấp nhất vào mùa hè ở các hố va chạm tại cực nam là 35 K và nhiệt độ thấp tới 26 K vào gần ngày đông chí ở hố va chạm Hermite tại 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.

Hệ Trái đất - Mặt trăng

• 

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

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 (1.100 dặm) (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 mét một giây. Chuyển động này chồng lên chuyển động quay của Trái đất quanh Mặt trời với tốc độ lớn hơn nhiều khoảng 30 km một giây.

Diện mạo nhìn từ Trái đất

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

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

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 lạ 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 về 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 chúng ta nhận biết Mặt trăng được Mặt trời rọi sáng là một vật thể sáng. Rìa trăng tròn có vẻ sáng như tâm, không có hiệu ứng rìa tối, bởi đặc tính phản xạ của đất Mặt trăng phản xạ lại 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 như 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 cứ mỗi 27,3 ngày là có thể quan sát Mặt trăng trong hai tuần. Động vật phù du ở vùng Bắc Cực sử dụng ánh sáng mặt trăng vài tháng liên tục khi Mặt trời nằm phía dưới đường chân trời.

Khoảng cách giữa Mặt trăng và Trái đất thay đổi từ khoảng 356.400 km (221.500 dặm) tại cận điểm (gần nhất) đến 406.700 km (252.700 mi) tại viễn điểm (xa nhất). Vào ngày 14 tháng 11 năm 2016, Mặt trăng tại pha đầy (trăng tròn) ở gần Trái đất hơn mọi dịp kể từ năm 1948, 14% gần hơn vị trí xa nhất của nó ở viễn điểm. Mặt trăng dịp này, gọi là siêu trăng, ở gần Trái đất nhất 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. Ở mức độ thấp hơn, nhận thức của con người về độ sáng giảm theo phần trăm được tính bằng công thức dưới đây:

${\text{độ giảm nhận thức}}\%=100\times {\sqrt {{\text{độ giảm thực tế}}\% \over 100}}$

Khi độ giảm thực tế là 1/1,3 hay khoảng 0,77, độ giảm nhận thức là khoảng 0,877 hay 1/1,14. Vậy con người nhận thức độ sáng tăng tối đa 14% giữa Mặt trăng cùng pha tại cận điểm và viễn điểm.

Tồn tại tranh cãi từ trước về việc đặc điểm trên bề mặt Mặt trăng có thay đổi qua thời gian. Ngày nay, nhiều khẳng định như vậy bị cho là hão huyền, 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 (1,9 dặm) 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.

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.

Thiên thực

Nhìn từ Trái đất, Mặt trăng và Mặt trời tỏ ra cùng kích cỡ như thấy trong nhật thực 1999 (trái), trong khi nhìn từ tàu STEREO-B ở quỹ đạo vết Trái đất, Mặt trăng trông nhỏ hơn Mặt trời nhiều (phải).

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 với việc cả hai được quan sát tại độ rộng góc 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 nếu nhìn từ Trái đất. Sự thay đổi trong kích cỡ biểu kiến do quỹ đạo không tròn cũng gần như tương tự mặc dù xảy ra trong những chu kỳ khác nhau. Điều này 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. Tính chu kỳ và tái lặp của nhật thực và nguyệt thực được mô tả bằng saros, biểu thị những hiện tượng này sẽ xảy ra 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 liên quan xảy ra khi một hành tinh hay ngôi sao sáng đi qua phía sau Mặt trăng và bị che mất khiến ta không thể quan sát. Chiếu theo khái niệm này thì nhật thực là sự che khuất Mặt trời. Vì Mặt trăng ở khá gần Trái đất nên sự che khuất những ngôi sao riêng lẻ không thấy được ở mọi nơi trên hành tinh lẫn cùng thời điểm. Việc quỹ đạo Mặt trăng tiến động khiến các ngôi sao bị che khuất mỗi năm một khác.

Khám phá

1959-1970

Hoạt động của Liên Xô

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

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.

Thông tin 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

• Mặt trăng tại Encyclopædia Britannica
• Mặt trăng tại Từ điển Bách khoa Việt Nam