Луната е единственият естествен спътник на Земята и най-близкото космическо тяло. Тя има диаметър 3474 кг, или около 1/4 от земния диаметър. Следователно обемът на Луната е около 1/50 от обема на Земята. Масата на Луната е 7,35*1022 кг. Отношението на масата на Луната към масата на Земята е най-голямо от всички отношения маса на спътник към маса на планета в Слънчевата система. Затова понякога системата Земя-Луна се разглежда като двойна планета.
Движение и фази на Луната
С помощта на наблюдения може да се установи, че Луната се движи видимо на звездния фон и обикаля около Земята. За едно денонощие тя се премества на изток с около 13 градуса, което прави около 26 видими ъглови лунни диаметъра. Поради това всяка вечер Луната изгрява с около 50 минути по-рано.
Съществуват множество астрономически методи за определяне на разстоянието между Луната и Земята. Най-голяма точност се постига при радиолокация на Луната, а също и при лазмерни измервания - с лазерни отражатели, поставени на лунната повърхност. Средното разстояние между Земята и Луната е 384 400 км.
Първото нещо, което се хвърля в очи, когато наблюдаваме Луната, са нейните фази. Те са правили голямо впечатление още на древните хора и въз основа на тях са съставили лунния календар. Причината за смяната на фазите е, че при своето движение по орбитата си около Земята тя заема различни положения спрямо Слънцето и Земята. Луната е тъмно тяло. Тя свети само с отразена слънчева светлина. Когато се намира между Слънцето и Земята, към нас е обърната нената неосветена половина. Затова е невидима за нас и тогава казваме, че Луната е в новолуние. Когато Земята се намира между Слънцето и Луната, ние виждаме цялата осветена от Слънцето половина на Луната и тогава тя е във фаза пълнолуние. Двете промеждутъчни фази се наричат първа четвърт и последна четвърт. Тогава виждаме Луната като диск - или само дясната половина, или само лявата част.
За космонавтите, намиращи се на Луната, Земята също показва фази, които са обратни на лунните. Когато Луната е в пълнолуние, Земята ще бъде в "новоземие" и т.н. Земната повърхност е значително по-голяма от лунната и отразява много повече светлина. Ето защо Земята осветява Луната при "пълнолуние" много повече, отколкото Луната осветява Земята при пълнолуние. Осветлението от Земята е причината, за да наблюдаваме пепелявата светлина на Луната - слабото светене, сияние на неосветената от Слънцето ѝ част.
Луната обръща винаги към Земята само едната си половина - факт, известен от дълбока древност. Причината за това е строгото равенство между периода на околоосното въртене на Луната се периода на въртенето ѝ около Земята. Но поради равномерното въртене на Луната около оста ѝ, неравномерното ѝ движение по орбитата (елептична!) и други причини, наблюдавайки от Земята, виждаме, като че ли Луната се люлее в пространството. Това явление, наречено либрация (люлеене), позволява да се наблюдава и част от обратната страна на Луната, така че от Земята могат да се наблюдават не 50%, а 59% от цялата лунна повърхност.
Лунни затъмнения
Земята, осветена от Слънцето, хвърля в пространството конусна сянка и полусянка. Когато при пълнолуние Луната навлезе в сянката на Земята, наблюдаваме лунно затъмнение.
Отначало Луната влиза в полусянката на Земята, така че затъмнението започва от източната страна на Луната. Затъмнението от полусянката трудно се наблюдава. След тов тя започва да навлиза в пълната сянка - започва частично лунно затмнение. Когато цялата Луна влезе в Земната сянка, се наблюдава пълно лунно затъмнение. Понеже пълната сянка на Земята е огромна, Луната я прекосява за около 2 часа. В зависимост от положението на Лунната орбита по отношение на центъра на сянката затъмнението може да бъде или само от полусянката, или частично и по-рядко пълно. В една година може да няма лунни затъмнения или да има най-много три.
Ако равнината на лунната орбита съвпадаше се равнината на еклиптиката, лунно затъмнение би се наблюдавало всеки месец. Но тъй като i е различно от 0 градуса, лунно затъмнение са наблюдава само тогава, когато Слънцето е в съседство с единия възел, а Луната е около другия.
Слънчеви затъмнения
Когато при новолуние Луната е разположена близко около този възел от лунната орбита, който е между Слънцето и Земята, се наблюдава слънчево затъмнение - Луната закрива Слънцето или част от него. Луната хвърля също конусна сянка (и полусянка), но върху земната повърхност. Диаметърът на сянката ѝ не е по-голям от 300 километра. Пълно слънчево затъмнение може да се наблюдава само от една тясна ивица върху земната повърхност (ширина до 300 км). Сянката на Луната се движи върху земната повърхност със скорост няколкостотин метра в секунда. Най-голямата продължителност на пълно слънчево затъмнение е около 8 минути. Частично слънчево затъмнение може да се наблюдава от много по-голяма област от земната повърхност.
Тъй като лунната орбита е елиптична, размерите на лунната пълна сянка се променят върху земната повърхност. Когато видимият диаметър на Луната е по-малък от видимия диаметър на Слънцето, се наблюдава пръстенообразно слънчево затъмнение.
Слънчевите затъмнения са по-чести от лунните. През една година не може да има по-малко от две и повече от пет слънчеви затъмнения. Но броят на лунните и слънчеви затъмнения за една година не може да бъде по-голям от 7. Тъй като лунните затъмнения се наблюдават от цялата земна полусфера, то за дадено място от земната повърхност слънчевите затъмнения са по-редки явления. Особена рядкост са пълните слънчеви затъмнения. Така например последното слънчево затъмнение, видимо от България, беше на 15.11.1961 г. , а следващото ще бъде през 2135 г.
В древността и дори през средните векове, когато причините за затъмненията не били известни, те предизвикали страх и били причина за различни суеверия, умело използвани от църквата. И днес някои религиозни хора считат затъмненията като божи знамения.
Затъмненията са много интересни астрономически явления, чиито наблюдения, най-вече на слънчевите затъмнения, са много ценни. Съставени са таблици (наричани канони) на затъмненията от 2 000 г. пр. н.е. до 3500 г. след н.е. В някои случаи данните за старите затъмнения са особено важни за уточняване на исторически дати.
Физически условия на Луната
Гравитационното ускорение на лунната повърхност е около 6 пъти по-малко от земното, вследствие на което Луната няма атмосфера. Дори ако в миналото тя е притежавала атмосфера, газовете са се разсеяли в междупланетното пространство. Същата съдба са имали и газовете, отделящи се при вулканичната дейност. Същата съдба са имали и газовете, отделящи се при вулканичната дейност. Липсата на атмосфера обуславя големи колебания в температурата на лунната повърхност. През продължаващия 14 земни денонощия лунен ден нейната повърхност се нагрява до 120 градуса по Целзий, а през нощта тя изстива до около -130 градуса по Целзий.
Тези данни са получени по топлинното инфрачервено излъчване от самата лунна повърхност. Радиоизлъчването на Луната, което се формира на различна дълбочина под повърхността в зависимост от дължината на вълната, показва, че температурата на подповърхностните слоеве се изменя малко, а на дълбочина няколко десетки сантиметри е вече постоянна. Следователно лунната почва има малка топлопроводност. Това се обяснява с пористата ѝ структура, която непосредствено се вижда и от образците от лунната почва, доставени на Земята от космонавтите на американските кораби "Аполо", както и от руските автоматични станции.
Повърхност на Луната
Липсата на атмосфера (ветрове) и вода на Луната обуславя слабото изменение на лунната повърхност с течение на времето поради ерозийни фактори, много по-силно действащи на земната повърхност. Ето защо лунната повърхност за разлика от земната е останала почти без изменение през своята дълга геоложка история.
Изследването на Луната с космически летателни апарати започва през 1959 г. През тази година бе извършено първото кацане на Луната ("Луна - 2", септември) и фотографиране на обратната, невидима от Земята нейна половина ("Луна - 3", октомври). Важни етапи по-нататък са първото меко кацане на Луната ("Луна-9"). Важни етапи по-нататък са първото меко кацане на Луната ("Луна-9", февруари 1966 г.), създаванеот на първия изкуствен спътник на Луната ("Луна - 10", април 1966 г.), фотографиране на лунната повърхност от близко разстояние (станции "Рейнджър", 1964 г.), фотографиране на обратната страна и връщане на Земята ("Сонда-5", 1965 г.), слизане на космонавти на Луната (Амстронг и Олдрин с "Аполо-11", юли 1969 г.), автоматично вземане на проба от лунната почва ("Луна-16", 1970 г.), първият самоходен апарат "Луноход-1" (доставен на лунната повърхност през ноември 1970 г. от "Луна-17").
Космическите програми за изследване на Луната на Русия и САЩ до известно време бяха почти еднакви, което се вижда от повторението на съветски космически експедиции от аналогични американски, както и обратното. След време САЩ хвърлиха усилията си, за да осъществят кацане на космонавти на лунната повърхност, докато Русия предпочете автоматичните изследвания, които са по-икономични и не са съпроводени с риск.
Повърхността на Луната се дели на "морета" и континенти. Обширните светли участъци от лунната повърхност, наречени континенти, са неравни планински райони, заемащи около 40% от лунната повърхност. Морета са наречените големите, сравнително равни и тъмни райони (по-слабо отразяват светлина), заемащи около 40% от лунната повърхност. Дадени са им имена като Морен а спокойствието, Море на дъждовете, Океан на бурите и прочие. Сравнително равните райони на обратната страна на Луната са светли, а не тъмни и затова са наречени таласоиди (мореподобни). В средните им части се наблюдават няколко малки морета. В континентите главно на границите с моретата се наблюдават планински хребети, наречени със земни имена: Апенини, Алпи, Кавказ и прочие. Те понякога достигат голяма височина, която се определя по дулжината на хвърлените от тях сенки и ъгълът, под който падат слънчевите лъчи.
Най-характерните образувания на лунната повърхност са кратерите. Лунният кратер представлява пръстеновидел вал, заобикалящ равно място, в средата на което често се наблюдава хълм. Най-големите кратери имат диаметър над 100 километра. Наречени са с имена на учени. Непосредствените изследвания показват, че кратерите могат да имат по-малки размери - метри, сантиметри и дори милиметри.
Въпросът за произхода, начина на образуване на лунните кратери е бил един от най-дискусионните в астрономията. Според едни учени те са се образували в резултат на вулканичната дейност, а според други - от взривове при падането на метеорити. Известни са трудовете на българския астроном Н. Бонев в подкрепа на "вулканичната" хипотеза. Днес детайлното изучаване на лунната повърхност доказва и покава много следи от вулканична дейност, а също и форми, образувани при взрив. Вероятно част от кратерите (по-големите) имат вулканичен произход и част - метеоритен.
Лунните проби, доставени на Земята както от космонавти, така и автоматично, се изследват всестранно в земни лаборатории в много страни на света от огромен брой учени. химическият анализ на тези проби даде възможност да се открият почти всички елементи, познати на Земята. Това още един път показва, че няма разлика между земно и небесно, между Земята и небесните тела. В по-общ и съвременен философски смисъл това говори за материално единство на Вселената.
По химическия си и минерален състав пробите от лунната почва приличат на земните базалти. Изследването на изотопния състав на някои елементи даде възможност да се определи възрастта на лунните проби, доставени от различни места от лунната повърхност. Тя се оказа между 3.3 и 4.6 милиарда години. Това показва, че възрастта на лунната повърхност е същата както тази на земната. Наред с това се вижда, че тази повърхност се е формирала продължително време. Най-стари са континенталните райони, а повърхността на моретата се е образувала по-късно в резултат на заливане и втвърдяане на вулканична лава.