Система Земля-Місяць унікальна. І не тільки тому що це батьківщина людства. Серед планет земної групи ще лише Марс має двох маленьких супутників, ймовірно, захоплених з пояса астероїдів, а по по співвідношенню розміру / маси планети і супутника лише Харон і Плутон випереджають Місяць і Землю. Місяць - єдиний природний супутник Сонячної системи, який притягається Сонцем сильніше (в 2 рази), ніж "своєї" планетою. Якщо бути точними, то, скоріше, Земля спотворює шлях Місяця навколо Сонця, ніж навпаки, тому іноді Землю і Місяць називають подвійною планетою.
Місяць обертається навколо Землі. При різних положеннях відносно один одного Сонця, Землі і Місяця ми по-різному бачимо освітлений диск нашого супутника. Частина освітленого диска називається фазою Місяця. Прийнято виділяти особливо фази молодика (диск повністю темний), першої чверті (зростаючий місячний серп виглядає в формі напівдиска), повні (диск освітлений повністю) і останньої чверті (освітлено знову рівно полдіска, тільки з іншого боку, ніж в фазі першої чверті). Період повної зміни всіх місячних фаз від молодика до молодика називається синодичним періодом обертання Місяця або синодичним місяцем. який дорівнює приблизно 29,5 днях. Саме за цей час Місяць встигає пройти по своїй орбіті такий шлях, що двічі встигає пройти через одну і ту ж фазу. Повний оборот Місяця навколо Землі відносно зір називається сидерическим періодом обертання або сидерическим місяцем. він триває 27,3 дня. Сидеричний і синодичний місяць не збігаються тому, що Земля і Місяць рухаються навколо Сонця, і для повторення одного і того ж взаємного розташування Місяця, Землі і Сонця Місяці необхідно пройти по своїй орбіті трохи більше одного витка навколо Землі. Це все неважко собі точніше прояснити, зробивши простий креслення, в якому потрібно врахувати, що Місяць рухається навколо Землі в тому ж напрямку, що і Земля навколо Сонця.
Обертання Місяця навколо Землі проявляється не тільки у видимій зміні фаз. Місяць швидко переміщається на тлі зірок, в день приблизно на 12,5 °. Кожен новий день наш супутник з'являється над горизонтом на 49 хвилин пізніше. Через це в молодика Місяць досягає верхньої кульмінації в полудень, в фазі першої чверті - в 6 вечора, в повний місяць - опівночі, а серп останньої чверті - в 6 ранку. Зростаючий молодий місячний серп ми бачимо незабаром після заходу денного світила на заході. Зростаючий старий місяць видно вранці, перед сходом Сонця на сході. При цьому місяць завжди звернений опуклістю до Сонця.
Період обертання Місяця навколо осі дорівнює періоду її обертання навколо Землі, тому Місяць завжди поверненою до Землі однією стороною. Але земний спостерігач протягом місяця може побачити 59% площі місячного кулі через явища лібрації - удаваного похитування Місяця, викликаного її рухом по еліптичній орбіті (ексцентриситет 0,055) і тим, що хоча місячна вісь обертання і становить з площиною екліптики майже прямий кут в 88,5 градуса, проте Місяць рухається не в площині орбіти Землі (екліптики), а під кутом - 5 градусів і 9 хвилин, тому в просторі вона може розташовуватися то нижче, то вище площини земної орбіти.
Цікаво, що зворотний вплив земних приливних виступів на Місяць викликає її поступове видалення від Землі. В період своєї юності Місяць була значно ближче до Землі, ніж зараз, і робила оборот навколо Землі всього за кілька діб; в ту епоху морські припливи були набагато вищими за нинішні. За видалення від нас Місяця, в силу закону збереження моменту імпульсу, Земля платить поступовим уповільненням свого обертання. Розрахунки показують, що мільярд років тому земна доба були на 4 години коротше сучасних. Приблизно через 5 млрд років Земля обертається загальмується настільки, що вона буде здійснювати за рік всього 9 обертів навколо своєї осі; до того моменту і видалити Місяць буде здійснювати за рік 9 обертів навколо Землі. Починаючи з того моменту і вже назавжди з Місяця буде видно тільки одна половина земної кулі.
Навіть при погляді неозброєним оком на Місяці виділяються області двох типів: світлі - материкові, що займають 83% площі місячного кулі, і темні - морські (як вважали раніше), складові 17%. Материки відрізняються більш високою відбивною здатністю, оскільки складені щодо світлими породами типу анортозитов, наявністю значних нерівностей і безліччю кратерів різних розмірів і ступеня збереження валу. Моря - відносно рівні області, покриті лавовими потоками темних порід базальтового типу, з меншою кількістю кратерів. Таким чином, моря темніше материків не тільки через те що розташовані нижче рівня материкової поверхні, але і через відмінності в складі порід і через інший структури поверхні (моря глаже і тому слабше розсіюють світло).
Через приливної дії Землі на зворотному боці Місяця товщина кори становить сто кілометрів, а на видимому півкулі кора удвічі тонше. Тому виверження лав з місячних надр легше відбувалося на видимому півкулі і більшість вулканічних центрів Місяця (морів) знаходиться на її видимій стороні. Згідно з сучасними даними на видимому півкулі моря займають площу 5 937 тис. Кв. км, що становить 31% площі видимої півкулі, а на зворотному півкулі лише 474 тис. кв. км, тобто менше 3% (площа всієї поверхні Місяця - 38 млн. кв. км). На зворотному півкулі переважають кратери і великі освіти. Спочатку їх називали таласоїд, тобто мореподобнимі, а останнім часом для них використовують термін басейн.
Великі басейни зворотного боку є антиподами морів видимої сторони. Теоретично такий розподіл не відрізняється від випадкового але цікаво, що відомий астроном З. Копав припускав наявність антиподів на Місяці. У своїй популярній книзі "Місяць - наш найближчий небесний сусід", виданої у нас в 1963 р, він писав, що оскільки довжина кола місячного кулі становить лише 10 921 км то поверхневі хвилі, що виникли в результаті удару метеорита, повинні зійтися з усіх напрямків в діаметрально протилежних точках. ".
Навіть в невеликий бінокль на Місяці видні кратери. Хоча переважна більшість кратерів на Місяці виникло від ударів метеоритів і ядер комет, деякі з місячних кратерів все ж мають вулканічне походження. Як приклад вкажемо кратер Варгентін, до країв заповнений лавою, розташований на південь від Моря Вологості недалеко від великого кратера Шиккард. Місячна поверхня вся покрита кратерів різного розміру - від сотень кілометрів до міліметрів. Вік більшості великих місячних кратерів оцінюється в 1-3 млрд років Кратери відрізняються не тільки розмірами, а й ступенем зруйнованості навколишнього вала: порівняно молоді кратери мають чітко виражений вал, а давніші зруйнований вал. У більшості молодих кратерів на внутрішніх стінках валу є тераси, а на дні зустрічаються гірки. На дні деяких кратерів можна бачити тріщини або ланцюжка з дрібних кратерів. У наймолодших кратерів діаметром в десятки кілометрів при прямовисно падаючих променях Сонця (в повний місяць) можна бачити, що радіально розходяться світлі смуги, що тягнуться на сотні, а іноді і тисячі кілометрів. Прикладами таких кратерів є Тихо, Коперник і інші.
Особливий інтерес представляє гігантська ударна структура діаметром 2500 км на зворотному боці Місяця. Вперше її помітили на знімках, доставлених на Землю радянською автоматичною станцією "Зонд-6" в 1968 р Тоді наші вчені запропонували назвати цю область Морем Південно-Західне, але наявних в той час даних було недостатньо, щоб надійно визначити її будова. Завдяки американському зонду "Клементина" тепер стало ясно, що це найзначніше освіту на нашому природному супутнику. Його вже встигли охрестити "басейн Південний Полюс - Ейткен", оскільки центр цієї області лежить між кратером Ейткен і південним полюсом Місяця. Глибина цього гігантського басейну становить близько 12 км. Якщо врахувати його розміри, то виявиться, що на сьогоднішній день це найбільше з усіх відомих нам ударних утворень в Сонячній системі. Уявіть - його діаметр перевищує 2/3 діаметра Місяця! Зіткнення нашого природного супутника з тілом, що породила басейн Південний Полюс - Ейткен, відбулося на самій ранній стадії історії Місяця - близько 4 млрд. Років тому. Швидше за все, тіло, вдарило в цьому місці, проникло на глибину в 120 км, досягнувши верхньої мантії. Будь це тіло трохи крупніше, Місяць могла б не пережити таку катастрофу і розколотися на безліч фрагментів.
Вивчення знімків гігантського басейну Південний Полюс - Ейткен показало наявність там речовини, багатого залізом і титаном. Мабуть, воно було викинуто на поверхню з місячних надр під час вибуху в момент падіння тіла, який породив цей басейн. Тепер геологам, щоб дізнатися про склад місячних надр чотири мільярди років тому, досить буде уважно вивчити те, що знаходиться на поверхні цього гігантського ударного освіти. Але найзначнішим відкриттям, безумовно, стало виявлення на Місяці водяного льоду. Втім, для вчених це не стало несподіванкою. оскільки поблизу місячних полюсів Сонце не піднімається високо і тому не може висвітлити дно глибоких кратерів, там цілком могли б зберегтися поклади водяного льоду. Джерелом води можуть бути як ядра впали на Місяць комет, так і надра самого Місяця. Буквально перше ж зондування району Південного полюса показало, що інтенсивність і поляризація радіоеха від невеликої області між полюсом і кратером Амундсен різко відрізнялися від значень, характерних для звичайного місячного грунту, але виявилися близькі до даних для Гренландії і крижаних галілеєвих супутників Юпітера. На жаль, на полюсах Місяця немає суцільних снігових шапок, як в Антарктиді або на Марсі. В суміші місячного реголіту з водяним льодом частка льоду становить всього 1-2% по масі.
Цікаві результати дало вивчення місячних каменів під електронним мікроскопом, який дозволив розрізнити форму дрібних кристаликів. На поверхні місячних зразків знайдені крихітні кратери мікронного розміру, що нагадують своєю формою великі місячні кратери, такі як Тихо або Коперник. Мікрократерів на місячних каменях утворюються від ударів швидких міжпланетних частинок мікронного розміру, для яких незначна газова оболонка Місяця не є перешкодою.
У Місяця практично відсутня глобальне магнітне поле дипольної природи, але існують помітні локальні варіації магнітного поля. Околиці Моря Дощів на видимій стороні і центральна частина найбільшого басейну "Південний полюс-Ейткен" відрізняються підвищеною намагніченістю порід.
Оскільки маса Місяця відносно мала, атмосфери у неї практично немає. Гази вільно розсіюються в навколишньому космічному просторі. Тому поверхню Місяця висвітлюється прямими сонячними променями. Тіні від нерівностей рельєфу тут дуже глибокі і чорні, оскільки немає розсіяного світла. У літній полудень поблизу екватора поверхню розігрівається до + 130 ° С, а в окремих місцях і вище, а вночі температура падає до -170 ° С. Швидке охолодження поверхні спостерігається і під час затемнень. Розріджена газова оболонка Місяця з водню, гелію, неону і аргону в десять трильйонів разів менше за щільністю, ніж наша атмосфера, але в тисячу разів більше, ніж кількість молекул газу в космічному вакуумі. В середньому, освітлене півкуля Місяця розсіює близько 1/10 падаючого випромінювання. Решта 9/10 сонячної енергії поглинаються породами поверхневого шару і перетворюються в тепло. Але теплопровідність місячної речовини дуже низька і тому істотно розігрівається тільки самий верхній шар товщиною близько 1 м. Нижче температура порід залишається майже постійної - 40 градусів.
Умовно місячні надра поділяють на п'ять зон. Сама верхня зона потужністю 60 км на видимій стороні і більше 100 км на зворотній ототожнюється з місячної корою, утвореною породами анортозитового складу. Друга зона - верхня мантія має потужність близько 250 км. Третя зона - середня мантія товщиною близько 500 км. Тут знаходяться осередки глубокофокусних лунотрясений. Передбачається, що морські базальти виникли внаслідок часткового плавлення речовини в середній мантії. Четверта зона - нижня мантія, речовина якої може перебувати в розплавленому стані. Таким чином, на глибині близько 800 км закінчується тверда оболонка - літосфера Місяця, нижче якої розташовується астеносфера. Температура у верхній частині цього шару може доходити до 1500 ° С. На глибині 1400-1500 км було виявлено різке зменшення швидкості подовжніх хвиль. Ця межа відзначає початок п'ятої зони - місячного ядра. За даними штучного супутника Землі "Лунар Проспектор" у Місяця є залізне ядро радіусом 300-400 км.
Астронавти виміряли також тепловий потік з надр Місяця, який опинився лише в кілька разів менше, ніж у Землі. Значить, місячні надра ще не встигли повністю охолонути. Оскільки Місяць значно менше Землі, тиск в її центрі становить 4 * 10 9 Па, що в 150 разів менше, ніж в центрі Землі. Значно нижче в центрі Місяця і температура: 1000-1500 К (тоді як у Землі 4000-5000 К). Дослідження руху штучних супутників Місяця показало, що на Місяці існують гравітаційні аномалії, які виникають через наявність місцевих концентрацій маси (маскони). Найбільші маскони створюють надлишок мас близько однієї стотисячної від маси Місяця. Мабуть, межа кори і мантії в цих місцях найближче піднімається до поверхні а щільність речовини місячних надр повільно зростає з глибиною.
Конструктор uCoz