当年美国太空人登陆月球时曾在月球表面放置了一面镜片，由于月球是永远以同一面朝向地球的，那面镜片也亦永远面向地球了。科学家从地球向月球上的镜片发射激光光束，再纪录光束反射回来所需的时间，轻易便能准确计算出地球和月球间的距离。这个测距方法精度极高，地月之间远达384,000千米的距离，误差仅有3厘米。全靠这么高的精度，我们才发现月球正以约每年3厘米的速度远离地球。[1]。 一个说法是，太阳与地球的距离是地球与月球的395倍远，而太阳的直径也“正好”是月球的395倍，因此从地球上看太阳与月球几乎是一样大。注意。此说法并没有考虑某时刻地月日的相对位置，不宜引用于严谨的科学讨论中。
正面与背面
月球是一卫星，月球的正面永远向着地球。另一方面，除了在月面边沿附近的区域因天秤动而间中可见之外，月球的背面绝大部分不能从地球看见。在没有太空探测器的年代，月球的背面一直是个未知的世界。
月球背面的一大特色是它几乎没有月海这种较暗的月面特征。而当探测器运行至月球背面时，它将无法与地球直接通讯。
轨道
月球约一个农历月绕地球运行一周，而每小时相对背景星空移动半度，即与月面的视直径相若。与其他卫星不同，月球的轨道平面较接近黄道面，而不是在地球的赤道面附近。
相对于背景星空，月球围绕地球运行（公转）一周所需时间称为一个恒星月；而新月与下一个新月（或两个相同月相之间）所需的时间称为一个朔望月。朔望月较恒星月长是因为地球在月球运行期间，本身也在绕日的轨道上前进了一段距离。
因为月球的自转周期和它的公转周期是完全一样的，我们只能看见月球永远用同一面向着地球。自月球形成早期，月球便一直受到一个力矩的影响引致自转速度减慢，这个过程称为潮汐锁定。亦因此，部分地球自转的角动量转变为月球绕地公转的角动量，其结果是月球以每年约38毫米的速度远离地球。同时地球的自转越来越慢，一天的长度每年变长15微秒。
月球对地球所施的引力是潮汐现象的起因之一。
月球的起源
《月球旅行记》：一说月球是外星人的基地月球的起源问题非常古老，也是科学界争论不休的题目，科幻小说家艾西莫夫说：“月球大到能造成日蚀，小到仍能让人看到日冕”，实在太过于巧合。地球的直径是12756公里，月球的直径是3467公里，月球的直径是地球直径的27％，整个太阳系中，从未有过面积比例这么大的卫星存在，木星和土星的卫星直径比起行星本身往往很小，火星有二个卫星，较大的直径有23公里，是火星的0.34%。土星有60个卫星，最大的一个直径5150公里，是土星的4.27%。直径都没有超过母星的百分之五，这都是目前科学无法解释的。罗宾·布列特博士称：“要解释月球不存在，要比解释月球存在更容易些。”月球的形成有以下几个观点：
分裂说
这是最早解释月球起源的一种假设。早在1898年，著名生物学家达尔文的儿子乔治·达尔文就在《太阳系中的潮汐和类似效应》一文中指出，月球本来是地球的一部分，后来由于地球转速太快，把地球上一部分物质抛了出去，这些物质脱离地球后形成了月球，而遗留在地球上的大坑，就是现在的太平洋。这一观点很快就收到了一些人的反对。他们认为，以地球的自转速度是无法将那样大的一块东西抛出去的。再说，如果月球是地球抛出去的，那么二者的物质成分就应该是一致的。可是通过对阿波罗12号飞船从月球上带回来的岩石样本进行化验分析，发现二者相差非常远。
俘获说
这种假设认为，月球本来只是太阳系中的一颗小行星，有一次，因为运行到地球附近，被地球的引力所俘获，从此再也没有离开过地球。还有一种接近俘获说的观点认为，地球不断把进入自己轨道的物质吸积到一起，久而久之，吸积的东西越来越多，最终形成了月球。但也有人指出，像月球这样大的星球，地球恐怕没有那么大的力量能将它俘获。
同源说
这一假设认为，地球和月球都是太阳系中浮动的吸积盘，经过旋转和吸积，同时形成星体。在吸积过程中，地球比月球相应要快一点，成为“哥哥”。这一假设也受到了客观存在的挑战。通过对“阿波罗12号”飞船从月球上带回来的岩石样本进行化验分析，人们发现月球的岩石缺乏铁质，和地球的有所分别。
大碰撞说
动画显示忒亚在地球的L5点形成，然后摇摆着进入碰撞轨道。该动画以一年为步进，使得地球位置不变。视角为从南极看去。这是近年来关于月球成因的新假设。1986年3月20日，在休士顿约翰逊空间中心召开的月亮和行星讨论会上，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的本兹、斯莱特里和哈佛大学史密斯天体物理中心的卡梅伦共同提出了大碰撞假设。这一假设认为，太阳系演化早期，在星际空间曾形成大量的“星子”，星子通过互相碰撞、吸积而长大。星子合并形成一个原始地球，同时也形成了一个相当于地球质量0.14倍的天体。这两个天体在各自演化过程中，分别形成了以铁为主的金属核和由硅酸盐构成的幔和壳。由于这两个天体相距不远，因此相遇的机会就很大。一次偶然的机会，那个小的天体以每秒5千米左右的速度撞向地球。剧烈的碰撞不仅改变了地球的运动状态，使地轴倾斜，而且还使那个小的天体被撞击破裂，硅酸盐壳和幔受热蒸发，膨胀的气体以极大的速度携带大量粉碎了的尘埃飞离地球。这些飞离地球的物质，主要有碰撞体的幔组成，也有少部分地球上的物质，比例大致为17:3。在撞击体破裂时与幔分离的金属核，因受膨胀飞离的气体所阻而减速，大约在4小时内被吸积到地球上。飞离地球的气体和尘埃，并没有完全脱离地球的引力控制，他们通过相互吸积而结合起来，形成全部熔融的月球，或者是先形成几个分离的小月球，在逐渐吸积形成一个部分熔融的大月球。
特征
成分
45亿年前，月球表面仍然是液体岩浆海洋。科学家认为组成月球的矿物克里普矿物（KREEP）展现了岩浆海洋留下的化学线索。KREEP实际上是科学家称为“不相容元素”的合成物——那些无法进入晶体结构的物质被留下，并浮到岩浆的表面。对研究人员来说，KREEP是个方便的线索，来明暸月壳的火山运动历史，并可推测彗星或其他天体撞击的频率和时间。
月壳由多种主要元素组成，包括：铀、钍、钾、氧、硅、镁、铁、钛、钙、铝 及氢。当受到宇宙射线轰击时，每种元素会发射特定的伽玛辐射。有些元素，例如：铀、钍和钾，本身已具放射性，因此能自行发射伽玛射线。但无论成因为何，每种元素发出的伽玛射线均不相同，每种均有独特的谱线特征，而且可用光谱仪测量。
直至现在，人类仍未对月球元素的丰度作出面性的测量。现时太空船的测量只限于月面一部分。例如：1992年伽利略号曾于飞掠月球时测量过元素丰度。[2]
表面地理
月球形状是南北极稍扁、赤道稍许隆起的扁球。它的平均极半径比赤道半径短500米。南北极区也不对称，北极区隆起，南极区洼陷约400米。但在一般计算中仍可把月球当作三轴椭圆体看待。物理天平动的研究有助于解决月球形状问题。通过天平动研究还表明，月球重心和几何中心并不重合，重心偏向地球2公里。这一结论已为阿波罗登月获得的资料所证实。
月球表面有上万个直径超过1千米的环形山。月球环形山大部分都有上亿年的历史，缺少大气层和气象活动以及缺乏近期地质活动保证了它们大部分永久性的保持原样。
南极-艾托肯盆地为月球上也是太阳系内已知最大的环形山。这环形山位于月球的背面，接近南极的地方，直径约2 240公里，深13公里。
那些暗色和较少特征的月球平原叫“月海”，这是由于古代的天文学家认为上面是海洋的缘故。事实上，月海由巨大陨石撞击后从月幔流出并覆盖表面的玄武岩岩浆形成。较浅色的高地叫“月陆”。几乎只有面向地球的月面才有月海，月球背面的月海寥寥可数。天文学家相信这是因为月球的质心比形心更靠近地球所导致的。
在月壳上是一层表面呈尘埃状的岩石层，称为月壤，月壤并不是土壤。月壳和月壤在月面的分布并不均匀。月壳的厚度由60公里（月球正面）至100公里（月球背面）不等，月壤则由约5米（月海）至十多米（月陆）。
在2004年，约翰·霍普金斯大学的Ben Bussey博士率领的小组从克莱门汀任务拍摄得来的照片中，发现月球北极Peary crater边沿的4个区域经常受到日照（南极却没有发现类似区域）。这些终年日照区的产生是由于月球的自转轴倾角很小，同样道理，有很多位于两极的陨石坑底经常没有光照。
水的存在
自古以来，彗星和陨星不断地撞击月球。这些物体中的大部分都含有水分。来自阳光的能量将这些大部分的水分分解回组成它的元素，氢和氧。两者通常都会立即飞离月球。但是，有科学家提出假说，认为还有相当含量的水在月球之上，例如在表面或深藏在月壳里。美国克莱门汀任务显示，一些细小的水冰冰块（含水彗星撞击后的碎片）可能藏在永久无日照区域的月壳里未被融化。虽然这些冰块很小，但总水量却可能相当可观（约有1立方公里）。
而有些水分子，亦可能在月面弹跳其间掉进陨石坑而藏于其中。由于月球自转轴相对于黄道面法线有1.5度的轻微倾斜，部分极区的陨石坑底部从来没有受阳光照射，处于永久的影子中。克莱门汀任务曾测量月球南极这些陨石坑[1]并绘制成地图[2]。科学家期望可在此类陨石坑中找到水冰，并开采及利用太阳能电力或核能来电解成氢和氧。月球上可用的水量大大影响了人类在月球上居住的成本，因为从地球运送水（或氢和氧）昂贵得不切实际。
由阿波罗号上的太空人在月球赤道附近收集的岩石并不含任何水分。月球勘探者号或其他近期研究（例如：史密森学会）均没有找到液态水、冰或水蒸汽的直接证据。然而，月球勘探者号的结果指出在永久无日照区有氢，并可能以水冰的形式存在。
2009年11月13日美国国家航空航天局宣布在月球发现水，两枚卫星月球坑观测和传感卫星在10月初撞击月球南极所产生的尘埃，科学家分析有关数据，确认月球存在水.
磁场
与地球相比，月球的磁场非常弱。部分地区上的磁场相信是来自月球本身的（例如在Sirsalis月溪上的月壳），但与其他天体碰撞亦可能令它的磁场改变。而无大气层的天体是否能透过彗星和小行星撞击而获得磁场，是行星科学里一个历久常新的问题。测量月球磁场更可提供月核大小及导电率等资料，对科学家暸解月球起源有很大帮助。若月核比地球含有较多磁性物质（例如：铁），则月球的撞击起源说便较不可信（不过科学家已从另外一些角度来解释为什么月核含较小的铁）
大气
月球有极稀薄的大气。这些大气的来源之一是除气作用—气体的释放，例如月球表面的氡气原先就是深藏于月球内部的。有时，太阳风也会被月球的引力掳获，成为气体的另一重要来源。
参考资料：维基百科