Користувач:Liliya Klepko/Чернетка/Місяць

Місяць

Місяць
Дані про відкриття
Дата відкриття	-
Відкривач(і)	-
Планета	Земля
Номер	1
Орбітальні характеристики
Велика піввісь	384 400 км
Перицентр	363 300 км
Апоцентр	405 500 км
Орбітальний період	сидеричний - 27,322 д (27 д 7 год 43 хв); синодичний - 29,530 д (29 д 12 год 44 хв) діб
Ексцентриситет орбіти	0,0549
Нахил орбіти	1,5424° до площини екліптики; 6,68° до площини орбіти; 24° до площини екватора планети
Фізичні характеристики
Видима зоряна величина	від -2,5 до -12,9; -12,74 (середній повний Місяць)
Діаметр	екваторіальний - 3 476,2 км; полярний - 3 472 км; середній - 3 474,8 км
Середній радіус	1 737,40 км
Площа поверхні	3,792× 107 км²
Об'єм	2,1968× 1010 км³
Маса	7,346× 1022 кг
Густина	3,344 г/см³
Прискорення вільного падіння	1,62 м/с²
Перша космічна швидкість	1,68 км/с
Друга космічна швидкість	2,38 км/с
Нахил осі обертання	5,145°
Альбедо	0,12
Атмосферний тиск	вночі 3× 10-10 Па
Температура поверхні	на екваторі: вдень 394 К, вночі 140 К
Атмосфера	Склад атмосфери: He • Ne • H • Ar • Na • K • Rn
Інші позначення

Місяць – єдиний природний супутник Землі. Його орбіта знаходиться на середній відстані 384 400 км (238 900 миль), що приблизно в 30 разів перевищує діаметр Землі. Приливні сили між Землею та Місяцем з часом синхронізували орбітальний період Місяця (місячний місяць) із періодом його обертання (місячна доба) у 29,5 земних днів, через що одна й та сама сторона Місяця завжди повернена до Землі. Гравітаційне тяжіння Місяця — і, меншою мірою, Сонця — є головною рушійною силою припливів і відпливів на Землі.

З точки зору геофізики Місяць є об'єктом планетарної маси або планетою-супутником. Його маса становить 1,2 % від маси Землі, а його діаметр становить 3474 км (2159 миль), що становить приблизно чверть земного (що можна порівняти з шириною Австралії). У Сонячній системі це найбільший і наймасивніший супутник по відношенню до своєї материнської планети, п'ятий за розміром і наймасивніший супутник загалом, а також більший і масивніший за всі відомі карликові планети. Його поверхнева гравітація становить приблизно одну шосту земної, приблизно половину гравітації Марса, і є другою за величиною серед усіх супутників Сонячної системи після супутника Юпітера Іо. Тіло Місяця є диференційованим і земним, без значної гідросфери, атмосфери чи магнітного поля. Він утворився 4,46 мільярда років тому, невдовзі після формування Землі, згідно з найпоширенішою на сьогодні теорією, з уламків гігантського удару Землі з гіпотетичним тілом розміром з Марс під назвою Тея.

Поверхня Місяця вкрита місячним пилом і позначена горами, ударними кратерами, радіальними променями викидів з кратерів, ребрами та, переважно на ближній стороні Місяця, темними «морями», які являють собою охолоджені рівнини магми. Ці моря утворилися, коли розплавлена ​​лава стікала в стародавні ударні басейни. Місяць, за винятком випадків, коли він проходить крізь тінь Землі під час місячного затемнення, завжди освітлюється Сонцем, але видиме освітлення Місяця з Землі змінюється під час обертання по орбіті, створюючи фази Місяця. Місяць — найяскравіший небесний об'єкт на нічному небі Землі. Головним чином це пов'язано з його великим кутовим діаметром, тоді як коефіцієнт відбиття місячної поверхні можна порівняти з коефіцієнтом відбиття асфальту. Видимий розмір майже такий самий, як у Сонця, що дозволяє йому повністю закривати Сонце під час повного сонячного затемнення. Із Землі можна побачити приблизно 59 % місячної поверхні через циклічні зміни перспективи (лібрація), що робить видимими частини зворотного боку Місяця.

Місяць є важливим джерелом натхнення та досліджень для людей, будучи вирішальним для космографії, міфології, релігії, мистецтва, вимірювання часу, природничих наук і космічних польотів. У 1959 році перші створені людиною об'єкти здійснили обліт Місяця (космічний апарат Радянського Союзу «Луна-1») і навмисно зіткнулись з поверхнею Місяця («Луна-2»). У 1966 році Місяць став першим позаземним тілом, на який було здійснено м'яку посадку космічного посадкового апарата. 20 липня 1969 року люди вперше висадилися на позаземному тілі, на Місяці в Морі Спокою за допомогою посадкового модуля Ігл (англ. Eagle — Орел) американської місії «Аполлон-11». З того часу до 1972 року було відправлено ще п'ять екіпажів, кожна з яких складалася з двох людей, які приземлилися на поверхню. Найдовше на Місяці перебував екіпаж «Аполлона-17» — 75 годин. З 1974 року дослідження Місяця було призупинене космічними державами, але в 1990-х роках дослідження були відновлені, двома місіями НАСА —  Клементина і Lunar Prospector  – які виявили сліди наявності водяного льоду, зокрема на Південному полюсі Місяця. Починаючи з кінця 1990-х років, Місяць був основним пунктом призначення для космічних зондів нових держав, що здійснюють космічні польоти, включаючи Китай, Японію та Індію. Наприкінці 2020-х років планується повернення пілотованих місій на Місяць.

Назва та етимологія

У латинській мові існувало дві лексичні одиниці на позначення небесного тіла — супутника Землі — luna та mensis. Латинське luna пов'язане з дієсловом luceo (світитися), а mensis походить від дієслова metior (вимірювати). Перше значення лексеми luna було «місяць як небесне світило», а mensis — «місяць як одиниця виміру часу в календарі». Цю відмінність було збережено нащадками відповідних слів у більшості романських мов.

Щодо української мови, то запозичення з латинської мови знайшло своє відображення у двох словах старослов'янської мови — Місяць і Луна. У старослов'янській мові латинське luna перетворилося на лоуна та означало «світло, блиск, відблиск, місяць, райдуга». Як назва місяця номінація Луна виникла в результаті табуїстичної заміни давнішої назви *mēns-, звідки українське місяць. Заборона вживання первісної назви ґрунтувалася на віруванні про магічні властивості Місяця. Номінація *mēns- вважається пов'язана з часткою *mē-, що означало «міряти».

Інший менш поширений термін — Селена, що походить від давньогрецького selene (Σελήνη), що означає Місяць. В давньогрецькій міфології та релігії Селена — це богиня, що уособлює Місяця; поети називали Селену блискучим оком ночі, її зображували привабливою жінкою, яка тримає смолоскип у руках і веде за собою зорі. Споріднене з selene слово selenic відноситься до хімічного елемента селену. Назва елемента селен і префікс селено- (як у селенографії, вивченні фізичних особливостей Місяця) походять від цього ж грецького слова.

Походження Місяця

Утворення Місяця

Ізотопне датування місячних зразків, привезених додому астронавтами «Аполлона-17», свідчить про те, що Місяць утворився приблизно 4,46 мільярда років тому невдовзі після виникнення Сонячної системи. Загалом теорії походження Місяця можна розділити на три основні категорії: відокремлення Місяця від земної кори під дією відцентрової сили, спільне формування Землі та Місяця в первісному акреційному диску і гравітаційне захоплення Місяця.

В кінці XIX століття син Чарльза Дарвіна Джордж припустив, що стародавня Земля, яка оберталася дуже швидко, викинула частину своєї маси, утворивши Місяць, а на Землі залишився слід від цього уламка — Тихий океан. Однак відділення Місяця від земної кори вимагало б занадто великої початкової швидкості обертання Землі.

Теорія спільного формування передбачала, що Місяць утворився із первинної газо-пилової хмари разом із Землею (як подвійна планета). Однак головним питанням такої теорії є пояснення значного збіднення Місяця залізом та спорідненими з ним хімічними елементами. Виходячи із середньої густини 3,34 г/см³ Місяць містить лише близько 5 % залізонікелевої фази. Це значно менше, ніж вміст заліза у вуглецевих хондритах (28 %), які вважаються залишками первинної протопланетної хмари, та менше, ніж у складі Землі (37 %) чи інших планет земної групи (середня густина Меркурія — 5,94 г/см³, Венери — 5,54 г/см³, Марса — 3,94 г/см³).

Ілюстрація зіткнення Теї з Землею, та утворення Місяця

Інші вчені пропонували теорії, за якими Місяць утворився в якихось інших місцях Сонячної системи, збіднених залізом, і був захоплений Землею пізніше. Однак захоплення такого великого космічного тіла як Місяць із далекої орбіти видається вкрай малоймовірним. Переконливо пояснити значне збіднення Місяця на залізо (порівняно зі складом первинної протопланетної хмари) теж не вдається. Крім того, місячні базальти дуже подібні за складом до земних базальтів серединно-океанічних хребтів. Ізотопний склад кисню в них відрізняється від хондритів, що свідчить про споріднене походження Землі та Місяця.

Останнім часом переважаючою є теорія, згідно якої Місяць утворився внаслідок зіткнення Протоземлі з іншою протопланетою приблизно марсіанського розміру. Імовірним місцем її утворення могла бути одна з троянських точок Лагранжа на земній орбіті. Цей планетоїд назвали Тейя, на честь давньогрецького титана Тейї — матері Селени. Щоправда, подібна теорія не пояснює деяких особливостей хімічного складу Місяця та його порід. Зокрема, з ізотопного складу місячних порід випливає, що на відміну від Землі, Місяцем втрачено майже весь первинний свинець, а той, що наразі входить до складу місячних порід, має радіогенне походження (тобто, утворився внаслідок радіоактивного розпаду урану та торію). Крім того, теорія не пояснює наявний розподіл моменту імпульсу у системі Земля — Місяць.

1 листопада 2023 року вчені повідомили, що, згідно з комп'ютерним моделюванням, залишки протопланети під назвою Тея досі можуть перебувати всередині Землі. Моделі виявили, що коли Тея вдарилася об Землю, зіткнення розплавило кору та зовнішню частину мантії Землі, змішавши їх із шматочками Теї. Місяць же утворився з хмари уламків, яка утворилась внаслідок удару.

Природний розвиток

Зображення художником Місяця, як він міг виглядати на земному небі після пізнього важкого бомбардування приблизно 4 мільярди років тому. У той час Місяць обертався навколо Землі на половині теперішньої відстані, через що він виглядав у 2,8 рази більшим, ніж зараз.

Новоутворений Місяць спочатку опинився на набагато ближчій навколоземній орбіті, ніж вона є зараз. Тому кожне небесне тіло здавалося набагато більшим у небі іншого, затемнення були частішими, а приливні ефекти були сильнішими. Через припливне прискорення орбіта Місяця навколо Землі стала значно більшою з довшим періодом.

Після завершення формування Місяць охолонув, і більша частина його атмосфери вилетіла в космос. Місячна поверхня з тих пір була сформована великими ударами та великою кількістю малих ударів, утворюючи ландшафт із кратерами різного віку.

Місяць був вулканічно активним до 1,2 мільярда років тому, що заклало місячне море. Більшість базальтів місячних морів вивергалися під час імбрійського періоду, 3,3-3,7 мільярда років тому, хоча деяким морям 1,2 мільярда років, а деяким — 4,2 мільярда років. Існують різні пояснення виверження маревих базальтів, зокрема їх нерівномірне розташування, оскільки в основному великі лавові рівнини знаходиться з боку, видимого з Землі. Причини поширення місячних нагір'їв на зворотному боці також недостатньо вивчені. Топологічні вимірювання показують, що ближня сторона кори Місяця тонша, ніж його дальня сторона. Тоді один із можливих сценаріїв полягає в тому, що сильні удари з ближньої сторони могли полегшити витік лави на поверхню.

Фізичні характеристики

Розмір і маса

Як і Земля, Місяць не є ідеальною кулею. Натомість він трохи приплюснутий, тобто є сплющеним сфероїдом. Це означає, що діаметр Місяця від полюса до полюса менший, ніж діаметр, виміряний на екваторі. Але різниця невелика, всього чотири кілометри. Екваторіальний діаметр Місяця становить приблизно 3476 км, а полярний — 3472 км, що становить трохи більше чверті діаметра Землі, а ширину Місяця можна порівняти з шириною Австралії, Європи або США без Аляски. Площа повної поверхні Місяця становить приблизно 38 мільйонів квадратних кілометрів, що майже дорівнює площі всієї суші Америки.

За розміром і масою Місяць є п'ятим за величиною природним супутником Сонячної системи. Він менший за Меркурій і значно більший за найбільшу карликову планету Сонячної системи Плутон. У той час як супутник малої планети Харон системи Плутон-Харон більший за Плутон, Місяць є найбільшим природним супутником Сонячної системи відносно їхніх основних планет.

Маса Місяця становить 7,35 х 10²² кг, приблизно 1,2 % маси Землі. Іншими словами, Земля важить у 81 раз більше, ніж Місяць. Густина Місяця становить 3,34 грама на кубічний сантиметр. Це приблизно 60 % густини Землі. Він є другим за густиною серед супутників планет і має другу після Іо за величиною поверхневу гравітацію 0,1654 g і швидкість евакуації 2,38 км/с (8 600 км/год).

Структура

Розділ науки, що вивчає будову та хімічно-мінералогічний склад Місяця, називають селенологією.

Завдяки розміру і складу Місяця іноді вважають, що він належить до планет земної групи поряд із Меркурієм, Венерою, Землею і Марсом. Елементний та мінералогічний склад місячних порід близький до земних. Тому вивчаючи будову Місяця, можна багато дізнатися про будову та розвиток Землі.

Внутрішня структура

Будова Місяця

Місяць — не суцільне тіло, він має кору, мантію і ядро, які різняться за хімічним складом. Оболонка внутрішнього ядра багата залізом, вона має радіус 240 км, рідке зовнішнє ядро складається переважно з рідкого заліза і має радіус приблизно 300—330 кілометрів. Навколо ядра розташовано частково розплавлений прикордонний шар радіусом близько 480—500 кілометрів. Ця структура, як вважають, утворилася внаслідок фракційної кристалізації з глобального океану магми, невдовзі після утворення Місяця — 4,46 мільярдів років тому.

Кристалізація цього магматичного океану могла б створити мафічну мантію з випадання та занурення мінералів олівіну, клінопіроксену та ортопіроксену; після того, як приблизно три чверті магматичного океану кристалізуються, мінерали плагіоклазу меншої густини можуть утворюватися і плавати в земній корі. Кінцеві рідини для кристалізації спочатку були б затиснуті між корою та мантією з великою кількістю несумісних елементів, які виробляють тепло. Згідно з цією точкою зору, геохімічне картування, зроблене з орбіти, припускає, що кора складається переважно з анортозиту. Зразки місячних порід лави, що вивергалися на поверхню внаслідок часткового танення в мантії, підтверджують мафічний склад мантії, який містить більше заліза, ніж земний.

Місячна кора в середньому має товщину 50-60 км у морських районах та 90-100 км на зворотному боці Місяця. Максимуму її товщина сягає в околицях кратера Корольов близько 107 км, що перевищує середню приблизно вдвічі, а мінімуму — під деякими великими кратерами (наприклад, під басейном Моря Москви та Моря Криз), де наближається до нуля. Зовнішня частина земної кори зламана та перемішана в результаті сильних ударів, які зазнав Місяць. Центр мас Місяця зміщений від його геометричного центру приблизно на 2 км у напрямку до Землі.

Серед супутників у Сонячній системі Місяць посідає друге місце за густиною (після Іо). Внутрішнє ядро Місяця мале, його радіус близько 350 км, це тільки ≈ 20 % від розміру Місяця, на відміну від ≈ 50 % у більшості інших землеподібних тіл. Складається місячне ядро із заліза, легованого невеликою кількістю сірки й нікелю. Тиск у місячному ядрі оцінюється в 5 ГПа (49 000 атм).

Місячні породи

Насичене кольорове зображення місячної поверхні. Червонувато-іржаво-коричневий колір походить від залізних руд, а блакитний — від руд оксиду титану.

Материкові місячні райони складено здебільшого анортозитами, рідше — норитами та дацитами. Місячні моря складаються переважно з базальтів. «Морські» місячні базальти відрізняються від земних значно підвищеним вмістом титану та заліза і зниженим — лужних металів (натрію, калію). Материкові базальти (норити) відрізняються від морських підвищеним вмістом Al₂О₃, натомість у них нижчий вміст FeO та TiO₂. Вік материкових місячних порід 4,0—4,5 млрд років, що відповідає максимальному прояву магматизму на Місяці. Вік морських базальтів — 3,3—3,8 млрд років, що свідчить про вторинність їх утворення.

Сейсмологія

Залишені астронавтами Аполлона на Місяці сейсмографи засвідчили наявність сейсмічної активності. Так, тільки в період між 1969 і 1977 роками, на Місяці було зафіксовано близько 13 000 місячних поштовхів. Місячні сейсмічні сигнали мають значний ступінь розсіювання хвиль і дуже низьке затухання, тому під час місячних землетрусів Місяць «дзвенить як дзвін» через відсутність води та дуже тріщинисту природу верхніх кількох сотень метрів. Місяцетруси, які спостерігалися, були переважно менше 3 балів за шкалою Ріхтера; найбільші зареєстровані мають величину від 5 до 5,7.

Місяцетруси можна поділити на чотири групи:

• припливні — трапляються двічі на місяць, викликані впливом припливних сил Сонця і Землі;
• тектонічні — нерегулярні, викликані пересуванням ґрунту Місяця;
• метеоритні — через падіння метеоритів;
• термальні — внаслідок різкого нагріву місячної поверхні зі сходом Сонця.

Гравітаційне поле

Астронавт Джон Янг стрибає на Місяць, показуючи, що гравітаційне тяжіння Місяця становить приблизно 1/6 земного

Гравітація Місяця слабша, ніж гравітація Землі. У середньому сила тяжіння на поверхні Місяця становить 1,62 м/с², що становить близько 16,6 % від сили тяжіння на Землі. Оскільки вага прямо пропорційна гравітаційному прискоренню, речі на Місяці будуть легшими у шість разів, ніж на Землі.

Прискорення сили тяжіння на поверхні Місяця в м/с²

Гравітаційне поле Місяця неоднорідне. По всій поверхні Місяця варіація гравітаційного прискорення становить близько 0,0253 м/с² (1,6 % від прискорення гравітації). Деталі гравітаційного поля були виміряні шляхом відстеження доплерівського зсуву радіосигналів, випромінюваних орбітальними космічними кораблями. Основними особливостями місячної гравітації є маскони (від «маса» та «концентрація») — це концентрації мас, що мають більшу порівняно з блоками навколишніх порід густину і спричиняють гравітаційні аномалії. Вперше маскони було виявлено на Місяці під час вивчення еволюції орбіт американських штучних супутників Місяця серії «Лунар орбітер». Ці аномалії суттєво впливають на орбіту космічного корабля навколо Місяця, і точна гравітаційна модель необхідна при плануванні місій як з екіпажем, так і без екіпажу. Маскони частково пов'язані з деякими гігантськими ударними басейнами, частково спричинені густими потоками базальтової лави, що заповнюють ці басейни. Проте лавові потоки самі по собі не можуть повністю пояснити гравітаційні коливання. На основі гравітаційних моделей Lunar Prospector було припущено, що існують деякі маскони, які не демонструють доказів базальтового вулканізму.

Магнітне поле

Загальна напруженість магнітного поля на поверхні Місяця, отримана в результаті експерименту з електронним рефлектометром Lunar Prospector

Зовнішнє магнітне поле Місяця становить менше ніж 0,2 нанотесла або менше однієї стотисячної магнітного поля Землі. Місяць не має глобального диполярного магнітного поля і має лише намагніченість кори, ймовірно, отриману на початку своєї історії, коли геодинамо ще працювало. На початку своєї історії, 4 мільярди років тому, напруженість його магнітного поля, ймовірно, була близькою до напруженості земного сьогодні. Це раннє динамо-поле, очевидно, закінчилося приблизно один мільярд років тому, після кристалізації місячного ядра. Теоретично, деяка частина залишкової намагніченості може походити від перехідних магнітних полів, що виникають під час великих зіткнень через розширення плазмових хмар. Ці хмари утворюються під час сильних ударів навколишнього магнітного поля. Це підтверджується розташуванням найбільших намагніченостей земної кори, розташованих поблизу антиподів гігантських ударних басейнів.

Атмосфера

Тонкий, яскравий півмісяць, відомий як сяйво місячного горизонту

Атмосфера Місяця вкрай розріджена. На практиці Місяць майже завжди можна вважати оточеним вакуумом. Однак на поверхні Місяця є дуже тонкий шар газів, який майже можна назвати атмосферою. Технічно це вважається екзосферою. В екзосфері гази настільки розріджені, що вони рідко стикаються один з одним. Вони схожі на мікроскопічні гарматні ядра, які безперешкодно летять по криволінійних балістичних траєкторіях і підстрибують по місячній поверхні. В атмосфері Місяця всього 100 молекул на кубічний сантиметр. Для порівняння, атмосфера Землі на рівні моря містить близько 100 мільярдів молекул на кубічний сантиметр. Загальна маса цих місячних газів становить приблизно 25 000 кілограмів. Щовечора, при знижені температури, атмосфера падає на землю, а вдень її підіймає сонячний вітер.

В місячній атмосфері, детектори, залишені астронавтами Аполлона, виявили аргон-40, гелій-4, кисень, метан, азот, монооксид вуглецю та вуглекислий газ. Земні спектрометри виявили натрій і калій, а орбітальний апарат Lunar Prospector виявив радіоактивні ізотопи радону та полонію. Нещодавно вчені навіть виявили, що молекули води товщиною менше мікрометра можуть вижити на поверхні Місяця.

У 2012 році Lunar Reconnaissance Orbiter виявив гелій.

Одним із джерел місячної атмосфери є дегазація, виділення газів із місячних надр, як правило, внаслідок радіоактивного розпаду. Викиди газів також можуть відбуватися під час місячних землетрусів. Після випуску більш легкі гази майже відразу вилітають у космос. Видалення газів поповнює розріджену атмосферу.

Вплив сонячного світла, сонячного вітру та мікрометеоритів, що потрапляють на поверхню Місяця, також може вивільнити гази, які були поховані в місячному ґрунті — процес називається розпиленням. Ці гази або відлітають у космос, або відскакують уздовж місячної поверхні.

Зважаючи на майже цілковиту відсутність атмосфери, небо на Місяці завжди чорне, навіть коли Сонце перебуває над обрієм, і на ньому видно зорі.

Дослідження зразків місячної магми, отриманих місіями «Аполлон», вказують на те, що Місяць колись мав відносно густу атмосферу протягом 70 мільйонів років, між 3 і 4 мільярдами років тому. Ця атмосфера, утворена газами, сформувалась в результаті вивержень місячних вулканів та була вдвічі більшою за товщину атмосфери сучасного Марса. Стародавню місячну атмосферу врешті-решт зняли сонячні вітри та розсіяли в космосі.

Умови поверхні

Магнітне поле та атмосфера Землі захищають її від небезпечної радіації та зберігають життя на планеті. На відміну від Місяця, який є позбавленим атмосферного та магнітного екранування, що робить його незахищеним від постійного впливу радіації, що випромінює Сонце. Окрім Сонця є й інші джерела радіації на Місяці. В першу чергу це галактичні космічні промені, які є високоенергетичними протонами та важкими іонами, які виділяються вибухаючими зорями в глибокому космосі. Крім того, може виникнути вплив сонячних енергетичних частинок, тобто частинок, викинутих в космос під час сонячних спалахів (події сонячних частинок), а також є нейтрони та гамма-промені від взаємодії між космічним випромінюванням і місячним ґрунтом.

Середній еквівалент рівня радіації на поверхні Місяця становить 1,369 мЗв/день, що приблизно в 2,6 рази перевищує добову дозу екіпажу Міжнародної космічної станції (0,53 мЗв/день), в 5–10 разів більше, ніж під час трансатлантичного польоту та у 200 разів більше, ніж на поверхні Землі.

Місяць не має пір року так, як Земля. На Землі пори року викликані нахилом земної осі (23,44°) відносно площини екліптики, уявного диска, що проходить через орбіту Землі навколо Сонця. Через цей нахил північна та південна півкулі Землі отримують різну кількість сонячного світла протягом року, тим самим, спричиняючи зміну пір року на Землі.

Але вісь Місяця нахилена лише на 1,5424°, тому Місяць не відчуває помітних пір року. Це означає, що деякі області завжди освітлені сонячним світлом, а інші місця постійно занурені в тінь. Прикладом піків вічного світла на північному полюсі Місяця є гірські регіони на краю кратера Пірі. Проте, на полюсах все-таки спостерігається невелика зміни висоти Сонця над горизонтом на три градуси протягом року. Що в свою чергу, призводить до значних коливань у масштабах тіні та температури.

Відбиток Базза Олдріна на місячному ґрунті

Місячна екзосфера надто мізерна, щоб уловлювати або розповсюджувати енергію Сонця, тому різниця температур між освітленими Сонцем ділянками Місяця і затіненими ділянками надзвичайно велика. Температура поблизу екватора Місяця може підвищуватися до 121 °C (250°F) вдень, а потім різко падати після настання ночі до -133 °C (-208 °F). Частина глибоких кратерів поблизу полюсів Місяця постійні затіненіі, ці «кратери вічної тіні» мають надзвичайно низькі температури. Lunar Reconnaissance Orbiter НАСА заміряв температуру нижче -246 °C (-410 °F). Розрахунки припускають, що для того, щоб знайти об'єкти з такою ж холодною поверхнею, доведеться подорожувати на відстань за межі поясу Койпера — далеко за межі орбіти Нептуна.

Проте вчені виявили затінені місця всередині ям на Місяці, температура яких коливається навколо комфортної температури 17 °C (близько 63 °F). Ями та печери, до яких вони можуть вести, стануть термічно стабільними місцями для дослідження Місяця порівняно з областями на поверхні Місяця, які піддаються значним температурним коливанням.

Поверхня місячної кори вкрита шаром неконсолідованих сильно подрібнених уламків переважно сірого кольору, який називається реголітом та утворений в результаті дроблення, перемішування і спікання місячних порід під час ударів метеороїдів. Приблизно половина ваги місячного ґрунту має розміри менше 60-80 мікрон. Цей тонкий реголіт, називається місячним пилом та має структуру, схожу на сніг, і запах, що нагадує відпрацьований порох. Через відсутність впливу на місячний ґрунт дії води і вітру, зерна місячного ґрунту, як правило, є гострими зі свіжими зламаними поверхнями. Шар реголіту старих поверхонь, як правило, товщий, ніж на молодих поверхнях: його товщина коливається від 10 до 15 м (33–49 футів) у високогірних районах та від 4 до 5 м (13–16 футів) у морській місцевості. Під дрібно подрібненим шаром реголіту знаходиться мегареголіт, шар сильно тріщинистої корінної породи товщиною багато кілометрів.

Вважається, що ці екстремальні умови роблять малоймовірним те, що космічний корабель буде зберігати бактеріальні спори на Місяці довше, ніж на один оберт навколо Місяця.

Особливості поверхні

STL 3D-модель Місяця з 10-кратним збільшенням висоти, відтворена за допомогою даних лазерного альтиметра Lunar Orbiter Orbiter Lunar Reconnaissance Orbiter

Розділ науки, що вивчає будову поверхні Місяця, називають селенографією. Місячний ландшафт своєрідний і унікальний. Місяць весь вкритий кратерами різного розміру — від мікроскопічних до тисяч кілометрів. Довгий час вчені не могли заглянути на зворотний бік Місяця, але це стало можливо з розвитком технологій. Згодом топографію Місяця було виміряно за допомогою лазерної альтиметрії та аналізу стереозображень. Тому зараз існують дуже докладні карти обох півкуль Місяця. Детальні місячні карти складають для того, щоб підготуватися для висадки людини на Місяць, вдалого розташування місячних баз, телескопів, транспорту, пошуку корисних копалин тощо.

На поверхні Місяця представлені два різні типи рельєфу, чітко видимі неозброєним оком: дуже стара світла гірська місцевість із великою кількістю кратерів (місячні материки), які займають 80 % місячної поверхні (65 % ближньої сторони), і близько 20 % темніших, гладеньких і відносно молодих областей, помилково названих стародавніми астрономи «місячними морями», оскільки ці «моря» абсолютно безводні. Поверхня Місяця вкрита реголітом — сумішшю тонкого пилу і скелястих уламків, утворених метеоритними ударами.

Крім кратерів, на Місяці трапляються й інші дрібниці рельєфу — куполи, хребти, гряди, долини й тріщини (борозни).

Відкриття розломних скель свідчить про те, що відстань між центром Місяця та його поверхнею зменшилася приблизно на 90 метрів (300 футів) за останній мільярд років. Подібні особливості усадки існують на Меркурії. Море Холоду, басейн поблизу північного полюса, який довго вважався геологічно мертвим, тріснув і зрушився. Оскільки Місяць не має тектонічних плит, його тектонічна активність повільна, і через втрату тепла утворюються тріщини.

Знімки поверхні Місяця апаратом Lunar Reconnaissance Orbiter

Видимий бік Місяця

Зворотній бік Місяця

Північний полюс Місяця

Південний полюс Місяця

Вулканічні особливості

Мапа морів та кратерів Місяця

Основні об'єкти, які можна побачити неозброєним оком із Землі, — це темні й відносно невиразні місячні рівнини, які називаються «морями», оскільки колись вважалося, що вони були наповнені водою — це величезні затверділі басейни стародавньої базальтової лави. Незважаючи на те, що місячні базальти подібні до наземних базальтів, вони містять більше заліза і не мають мінералів, змінених водою. Більшість цих лавових відкладень вивергалися або впадали в западини, пов'язані з імпактними басейнами. Кілька геологічних провінцій, що містять щитові вулкани та вулканічні місячні куполи, знаходяться в «морях» видимої сторони. Існують також деякі регіони пірокластичних відкладень, конуси шлаку та небазальтові куполи, створені з особливо високов'язкої лави.

Майже всі моря знаходяться на видимій стороні Місяця і покривають майже третину (31,2 %) поверхні на видимій стороні і тільки 1 % зворотньої сторони. Згідно з геохімічними картами, отриманими гамма-спектрометром Lunar Prospector, вважається, що це пов'язано з концентрацією елементів, що виробляють тепло — відомих як KREEP — під корою ближньої сторони, що спричинило б нагрівання підстилаючої мантії, часткового плавлення, підйому на поверхню та виверження. Найдавніший вік для повернутих місячних море-базальтів складає від 3,9 до 4,3 мільярдів років, а вік наймолодших зразків має 3,08 ± 0,05 мільярда років. Більшість базальтів вивергалися в пізньому Імбрійському періоді між ~3,3 і 3,7 мільярда років тому. Деякі радіометрично датовані зразки можуть мати вік 1,2 мільярда років і 4,2 ​​мільярда років.

Згідно з підрахунками кратерів, найновіші виверження на Місяці відбулися приблизно 1,2 мільярда років тому. Однак у 2006 році дослідження кратера Іна, крихітної западини в озері Щастя, виявило нерівні, відносно вільні від пилу деталі, які через відсутність ерозії уламковими опадами мали лише кілька мільйонів років. Місяцетруси та викиди газу вказують на те, що місячна активність триває і досі. Докази нещодавнього місячного вулканізму були виявлені на 70 нерегулярних ділянках морів, вік деяких з яких менше 50 мільйонів років. Це підвищує ймовірність того, що місячна мантія набагато гарячіша, ніж вважалося раніше, особливо на ближньому боці, де глибинна кора значно тепліша через більшу концентрацію радіоактивних елементів. Незадовго до цього було знайдено докази існування базальтового вулканізму віком від 2 до 10 мільйонів років у кратері Лоуелл всередині Східного басейну. Певна комбінація початково більш гарячої мантії та локального збагачення елементів, що виробляють тепло в мантії, може бути відповідальною за тривалу діяльність на дальній стороні в Східному басейні.

Світліші області Місяця називаються територіями, або частіше високогір'ями, оскільки вони вищі за більшість морів. Високогір'я датовані за допомогою радіометрії як такі, що утворилися 4,4 мільярда років тому, і можуть являти собою плагіоклазові накопичення океану місячної магми. На відміну від Землі, не вважається, що великі місячні гори сформувалися в результаті тектонічних подій. Гори на Місяці утворилися в результаті гігантських ударів.

Концентрація морів на видимій стороні, ймовірно, відображає значно товщу кору високогір'я зворотної сторони, яка могла утворитися в результаті низькошвидкісного удару другого супутника Землі через кілька десятків мільйонів років після формування Місяця. Крім того, це може бути наслідком асиметричного приливного нагрівання, коли Місяць був набагато ближче до Землі.

Ударні кратери

Місячний кратер Дедал є прикладом складного кратера

На поверхні Місяця також є численні ударні кратери, які утворюються при зіткненні астероїдів і комет із супутником. Відсутність атмосфери, поверхневих потоків рідини, погодних умов і недавніх геологічних процесів, що викликають ерозію, все це вказує на те, що багато з цих кратерів добре збереглися. Тільки на видимій стороні Місяця є близько 300 000 кратерів з діаметром понад один кілометр. Місячні ударні кратери бувають трьох основних типів: прості кратери, складні кратери та басейни. До простих кратерів відносять більшість невеликих ударних кратерів (менше ніж 10 км у діаметрі), з чашоподібною структурою з незначним обваленням стінки кратера або без нього. Складні кратери більші за прості з меншим співвідношенням глибина/діаметр. Вони мають підняті центри і терасові стіни. Басейнами, зазвичай, називають кратери складної будови з двома або більше кільцевими хребтами чи уступами. Пороговий діаметр для розрізнення кратерів і басейнів становить приблизно 150—200 км.

Місячна геологічна часова шкала базується на найвидатніших ударних подіях, наприклад, Нектарський період почався з появи басейну Моря Некта́ру або Ранньоімбрійська епоха, яка почалася з появи Моря Дощів (лат. Mare Imbrium). Подібно до Моря Східного, ці структури характеризуються кількома кільцями матеріалу, піднятими в діаметрі на кілька сотень або навіть тисяч кілометрів і пов'язані з великим розрізом відкладень викидів, які утворюють регіональну стратиграфію. Інші менші кратери, такі як кратери Ератосфен та Коперник, характерні для більш пізніх періодів і тому дали свої назви Ератосфенівському періоду та Коперниківському періоду геологічної історії Місяця.

Хоча лише декілька басейнів із кількома кільцями були остаточно датовані, вони корисні для встановлення відносного віку поверхні Місяця. Оскільки ударні кратери накопичуються з майже постійною швидкістю, підрахунок кількості кратерів на одиницю площі можна використовувати для оцінки віку поверхні. Однак слід бути обережними із технікою підрахунку кратерів через потенційну присутність вторинних кратерів. Викиди від зіткнення можуть утворювати вторинні кратери, які часто з'являються в скупченнях або ланцюгах, але також можуть виникати як ізольовані утворення на значній відстані від удару. Вони можуть нагадувати первинні кратери і навіть можуть домінувати в невеликих популяціях кратерів, тому їх неідентифікована присутність може спотворити оцінки віку.

Радіометричний вік розплавлених під час ударів порід, зібраних під час кластера місії «Аполлон», становить від 3,8 до 4,1 мільярдів років, що змусило дослідників припустити, що ці віки визначають період пізнього важкого бомбардування з посиленням ударів.

Зображення високої роздільної здатності, зроблені Lunar Reconnaissance Orbiter у 2010-х роках, демонструють сучасну швидкість утворення кратерів, значно вищу, ніж передбачалося раніше. Вважається, що вторинний процес утворення кратерів, викликаний дистальним викидом, збиває два-три сантиметри місячного реголіту кожні 81 000 років, а не кожні мільйон років, як вважалося раніше. Ця швидкість у 100 разів більша, ніж швидкість, обчислена за моделями, заснованими виключно на прямих ударах мікрометеоритів.

Більшість кратерів Місяця названо на честь видатних померлих учених та інших дослідників. Карта, яка послужила основою для сучасних назв більшості місячних об'єктів, була карта Джованні Річчолі та Франческо Грімальді створена в 1651 році. (Грімальді намалював карту, а Річчолі назвав об'єкти). Тому імена великих вчених давнини, таких як Тихо Браге, Коперник і Кеплер, були використані на видимому боці, а на зворотному часто трапляються сучасніші назви на зразок Аполлон, Гагарін і Корольов. Багато з них є російськими, оскільки перші знімки зворотного боку зроблено радянським кораблем Луна-3. З 1919 року присвоєння офіційних назв астрономічним тілам і деталям на них регулюється Міжнародним астрономічним союзом. Один із найбільших місячних кратерів, Аполлон, названий на честь місій Аполлон. Багато менших кратерів усередині та біля нього носять імена загиблих американських астронавтів, а багато кратерів усередині та поблизу Моря Москви носять імена загиблих радянських космонавтів.

Найбільший кратер Місяця розташовано на півдні його зворотного боку. Це басейн Південний полюс — Ейткен розміром 2400 × 2050 км та завглибшки 6–8 км. Його південний край видно з Землі.

Місячні вихори

Ширококутне зображення місячного виру, 70-кілометрового Reiner Gamma

Місячні вири — це загадкові особливості, які можна знайти на поверхні Місяця. Вони характеризуються високим альбедо, виглядають оптично незрілими (тобто мають оптичні характеристики молодого реголіту) і часто мають звивисту форму. Їхня криволінійна форма часто підкреслюється областями з низьким альбедо, які в'ються між яскравими завитками. Вони розташовані в місцях з посиленими поверхневими магнітними полями, і багато з них розташовані в антиподальній точці сильних ударів. Прикладом місячного виру є аномалія Герасимовича, яка також є областю найсильнішого магнітного поля на Місяці, або інші добре відомі завихрення, такі як Reiner Gamma та Море Мрії. Вважається, що це області, які були частково захищені від сонячного вітру, що призвело до повільнішого космічного вивітрювання.

Наявність води

Вода у рідкому стані не може перебувати на поверхні Місяця. Під впливом сонячного випромінювання вода швидко розкладається через процес, відомий як фотодисоціація, і втрачається в космосі. Однак, починаючи з 1960-х років, вчені припускали, що водяний лід може утворюватися в результаті зіткнення з кометами або, можливо, в результаті реакції багатих киснем місячних порід і водню сонячного вітру, залишаючи сліди води, які, можливо, можуть зберігатися в холоді, постійно затінених кратерів на обох полюсах Місяця. Комп'ютерне моделювання свідчить про те, що до 14 000 км² (5 400 квадратних миль) поверхні можуть перебувати в постійній тіні. Наявність придатної для використання кількості води на Місяці є важливим фактором для того, щоб зробити проживання на Місяці економічно ефективним; альтернатива транспортування води з Землі була б непомірно дорогою.

У 2008 році апарат НАСА для картографування Місяця на Місяці Чандраян-1 вперше виявив багаті водою мінерали (показані синім кольором навколо невеликого кратера, з якого вони були викинуті)

Перший пропонований доказ наявності водяного льоду на Місяці надійшов у 1994 році з зонда США «Клементина». Експеримент із бістатичним радаром, проведеним на цьому космічному кораблі, вказував на існування невеликих замерзлих кишень води близько до поверхні. У 1998 році нейтронний спектрометр космічного корабля Lunar Prospector показав, що високі концентрації водню присутні на першому метрі глибини в реголіті поблизу полярних регіонів. Однак пізніші радарні спостереження телескопа Аресібо засвідчили те, що ці знахідки можуть бути скелями, викинутими з молодих ударних кратерів. Окрім того, намистини вулканічної лави, повернуті на Землю на борту Аполлона-15, показали невелику кількість води всередині.

Космічний корабель Чандраян-1 2008 року підтвердив існування поверхневого водяного льоду за допомогою бортового апарату Moon Mineralogy Mapper. Спектрометр спостерігав лінії поглинання, загальні для гідроксилу, у відбитому сонячному світлі, що свідчить про велику кількість водяного льоду на поверхні Місяця. Космічний апарат показав, що концентрації можуть досягати 1000 частин на мільйон. У 2009 році космічний апарат LCROSS відправив ударник вагою 2300 кг (5100 фунтів) у постійно затінений полярний кратер, і виявив щонайменше 100 кг (220 фунтів) води в шлейфі викинутого матеріалу. Інше дослідження даних LCROSS показало, що кількість виявленої води наближається до 155 ± 12 кг (342 ± 26 фунтів).

У травні 2011 року було повідомлено про наявність від 615 до 1410 ppm води в розплавлених включеннях у місячному зразку 74220, відомому як «помаранчевий скляний ґрунт» вулканічного походження з високим вмістом титану, зібраному під час місії «Аполлон-17» у 1972 році. Включення утворилися під час вибуху виверження на Місяці приблизно 3,7 мільярда років тому. Ця концентрація порівнянна з концентрацією магми у верхній мантії Землі. Незважаючи на значний селенологічний інтерес, це розуміння не означає, що вода на Місяці легкодоступна.

Аналіз знахідок Moon Mineralogy Mapper (M3) у серпні 2018 року вперше виявив «остаточні докази» водяного льоду на поверхні Місяця. Використовуючи спектри відбиття картографа, непряме освітлення ділянок у тіні, дані виявили чіткі відбивні ознаки водяного льоду, на відміну від пилу та інших відбиваючих речовин. Поклади льоду були виявлені в межах широти 20° від обох полюсів, хоча їх більше на Південному полюсі, де вода затримується в постійно затінених кратерах і щілинах, що дозволяє їй зберігатися у вигляді льоду на поверхні, оскільки вони захищені від Сонця.

У жовтні 2020 року астрономи повідомили про виявлення молекулярної води на освітленій Сонцем поверхні Місяця кількома незалежними космічними кораблями, включаючи Стратосферну обсерваторію інфрачервоної астрономії (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, SOFIA).

Система Земля-Місяць

Орбіта

Анімація орбіти Місяця навколо Землі

Полярний вид

Екваторіальний вид

   Місяць

   Земля

Земля і Місяць утворюють супутникову систему Земля-Місяць із спільним центром мас, або барицентром. Цей барицентр знаходиться приблизно в 4650 км від центру Землі — радіус Землі становить трохи менше 6400 км.

Орбіта Місяця являє собою майже круглий еліпс навколо Землі (велика та мала піввісь 384 400 км і 383 820 км відповідно: різниця лише 0,16 %). Рівняння еліпса дає ексцентриситет 0,0549, а перигей і апогей відстані 363 300 км (225 750 миль) і 405 500 км (252 000 миль) відповідно (різниця 12 %). На відміну від більшості супутників інших планет, площина орбіти Місяця розташована ближче до площини екліптики, ніж до екваторіальної площини планети.

Однак, орбіта Місяця досить складна і для її розрахунку необхідно враховувати багато чинників, зокрема і потужний вплив Сонця, яке притягує Місяць у 2,2 разів дужче, ніж Земля. З цієї причини Сонце відіграє домінуючу роль у збуренні руху Місяця. Постійно змінювані відстані та відносне положення між Сонцем, Місяцем і Землею, нахил орбіти Місяця, сплющеність Землі та (меншою мірою) гравітаційне тяжіння інших планет впливають на параметри орбіти Місяця. Ці ефекти математично описуються законами Кассіні.

Більш точно рух Місяця навколо Землі можна представити як поєднання кількох рухів:

• Місяць робить повний оберт навколо Землі відносно нерухомих зір, його сидеричний період, приблизно раз на 27,3 земних дня. Однак, оскільки система Земля-Місяць одночасно рухається по своїй орбіті навколо Сонця, їй потрібно трохи більше часу, 29,5 днів, щоб повернутися в ту саму місячну фазу, завершивши повний цикл та повернутися в те саме положення на небі. Цей синодичний період або синодичний місяць зазвичай називають місячним і дорівнює тривалості сонячного дня на Місяці.
• Поворот площини місячної орбіти, її вузлів (точок перетину орбіти з екліптикою) з періодом 18,6 року. Рух прецесійний, тобто довготи вузлів зменшуються.
• Поворот великої осі місячної орбіти (лінії апсид) з періодом 8,8 року (відбувається в протилежному напрямку, ніж зазначений вище рух вузлів, тобто довгота перигею збільшується).
• Періодична зміна нахилу місячної орбіти до екліптики у межах від 5,0° до 5,3° із середнім значенням 5,145°.
• Періодична зміна розмірів місячної орбіти: перигею від 356 355 до 370 399 км, а апогею від 404 042 до 406 725 км.
• Поступове віддалення Місяця від Землі внаслідок припливного прискорення (приблизно на 3,8 см на рік), при цьому неперіодична складова орбіти є спіраллю, що повільно розкручується.

Мінімальна, середня та максимальна відстані Місяця до Землі з його кутовим діаметром, як видно з поверхні Землі, у масштабі

Приливні ефекти

Припливний механізм: A. Сизигія; В. Квадратура; 1. Сонце; 2. Земля; 3. Місяць; 4. Напрямок тяжіння Сонцем; 5. Напрямок тяжіння Місяцем.

Анімація перебільшеного атмосферного припливу

Гравітаційні сили між Землею і Місяцем викликають деякі цікаві взаємовпливи. Найвідоміший з них — морські припливи й відпливи на Землі. Гравітаційне тяжіння Місяця потужніше на тому боці Землі, який звернений до Місяця, і слабше — на протилежному боці. Через це поверхня Землі, особливо океани, витягнута в напрямку до Місяця. Однак, сила гравітаційного тяжіння не єдина, що пояснює явище припливів. До цього слід додати відцентрову силу, пов'язану з обертанням Землі навколо себе. Саме ця відцентрова сила пояснює, чому протягом доби відбувається два припливи. Іншими словами, перший денний приплив створюється гравітаційною силою Місяця і Сонця на Землі, а другий приплив додається через відцентрову силу, породжену обертанням Землі навколо барицентру Земля-Місяць. Припливи набагато потужніше проявляються в океанській воді. У набагато меншій мірі це явище також відбувається в озерах, атмосфері та в земній корі. А оскільки Земля обертається набагато швидше, ніж Місяць рухається власною орбітою, рух опуклостей навколо Землі створює два припливи та два відпливи на день. У зв'язку з тим, що Місяць обертається навколо Землі в тому ж напрямку, що й обертання Землі, високі припливи відбуваються приблизно кожні 12 годин 25 хвилин, причому додаткові 25 хвилин обумовлені часом обертання Місяця навколо Землі.

Термін припливний діапазон позначає різницю у висоті припливу між послідовними припливами та відливами. Діапазон припливів може сильно відрізнятися від одного географічного регіону до іншого. Максимальний діапазон припливів у світі спостерігається в затоці Фанді в Канаді між Новою Шотландією та Нью-Брансвіком. Висота припливу тут може досягати 16 м. Якби Земля не мала континентів, приплив мав би амплітуду всього один метр і був би дуже передбачуваним. Насправді на діапазон припливів і відливів значною мірою впливають такі чинники як рельєф, глибина води, конфігурація берегової лінії, розміри океанічної западини та розмір океанічного басейну, в якому відбуваються припливи.

Місяць найбільше впливає на земні припливи через свою близькість, але й Сонце має припливотворну силу. Воно в 27 мільйонів разів перевищує масу Місяця, однак і знаходиться в 390 разів далі від Землі, ніж Місяць. В результаті, сила Сонця, що створює припливи, становить приблизно половину сили Місяця. Двічі на місяць, коли Земля, Сонце та Місяць вибудовуються в одну лінію (сизигія), їх гравітаційна сила об'єднується, щоб створювати надзвичайно високі припливи, які називаються сизигійними припливами, а також дуже низькі відпливи, де вода витісняється. Приблизно через тиждень, коли Сонце та Місяць знаходяться під прямим кутом одне до одного, гравітаційне тяжіння Сонця протидіє гравітаційному тяжінню Місяця та частково скасовує його, створюючи помірні припливи, які називаються квадратурними припливами.

Поверхня Місяця також зазнає дію припливів з амплітудою приблизно 10 см кожні 27 днів, з двома компонентами: постійним через синхронне обертання з Землею та змінним через Сонце. Індукований Землею компонент походить від лібрації, результату орбітального ексцентриситету Місяця — якби орбіта Місяця була ідеально круглою, були б лише сонячні припливи. Кумулятивні наслідки цих приливних стресів викликають місячні землетруси. Ці явища залишаються набагато менш поширеними та менш інтенсивними, ніж землетруси, хоча вони можуть тривати до години через відсутність води для послаблення сейсмічних коливань. Існування цих землетрусів є несподіваним відкриттям сейсмографів, встановлених на Місяці під час місій програми «Аполлон».

Крім того, приливні сили мають помітний вплив на клімат на Землі у контексті атмосферних припливів. Під час різних фаз Місяця припливна сила більшою чи меншою мірою притягує атмосферу і, таким чином, на кілька відсотків сприяє явищам надлишкового тиску та депресії.

Нарешті, присутність Місяця впливає на стабілізацію нахилу осі Землі. Дійсно, нахил Землі змінюється приблизно від 21 до 24° відносно площини екліптики, тоді як нахил Марса хаотично коливається протягом мільйонів років, вісь обертання Марса змінюється щонайменше на 45 градусів. Так само до утворення Місяця вісь обертання Землі коливалася хаотично, що унеможливлювало появу життя на її поверхні через викликані кліматичні збурення. Стабілізація нахилу земної осі відбулася, коли було встановлено припливно-гравітаційний шлюз між Землею та її природним супутником.

Еволюція системи

Вид збоку на систему Плутон-Харон. Плутон і Харон припливно заблоковані один з одним.

У той час як гравітація спричиняє прискорення та рух рідких океанів Землі, гравітаційний зв'язок між Місяцем і твердим тілом Землі переважно пружний і пластичний. Результатом є ще один приливний вплив Місяця на Землю, який викликає опуклість у твердій частині Землі, найближчій до Місяця, що діє як момент сили, протилежний обертанню Землі: твердий приплив, або земний приплив. Це «висмоктує» кутовий момент і кінетичну енергію з обертання Землі, поступово сповільнюючи його. Цей кутовий момент, втрачений Землею, передається Місяцю в процесі, відомому як припливне прискорення, яке піднімає Місяць на вищу орбіту. Таким чином, відстань між Землею та Місяцем збільшується — Місяць був приблизно в десять разів ближче до Землі, коли він тільки утворився, порівняно з тепер — та відповідно швидкість обертання Землі сповільнюється. Атомний годинник також показує, що день на Землі стає довшим приблизно на 13,3 мікросекунди щорічно, змушуючи коригувати всесвітній скоординований час високосними секундами.

Вимірювання місячних відбивачів, залишених під час місій «Аполлон», показують, що відстань Земля-Місяць збільшується в середньому на 3,8 см на рік (38,05 ± 0,04 мм/рік). Приблизно через 50 мільярдів років Місяць був би настільки далеко, а його орбіта стала б настільки велика, що Земля також би припливно зчепилася з Місяцем, як, наприклад, Плутон та його супутник Харон. У результаті Місяць висів би постійно в одній і тій самій точці на земному небі і населення лише однієї половини нашої планети бачили б Місяць. Однак Сонце стане червоним гігантом і поглине систему Земля-Місяць задовго до цієї події.

Положення і зовнішній вигляд

Фази

Перша чверть Місяця в Австралії та Швеції відповідно

Завдяки своєму синхронному обертанню Місяць завжди обернений до Землі однією й тією ж стороною: так званою «видимою» стороною. Ця видима сторона освітлюється Сонцем по-різному, в залежності від положення Місяця на орбіті. Тому, коли ми дивимось на Місяць, ми здебільшого одночасно дивимось на частину освітленої Сонцем сторони та частину темної сторони. Освітленість видимої сторони може варіюватися від 0 % (при новому місяці) до 100 % (при повному місяці). Ці зміни зовнішнього вигляду Місяця називаються місячними фазами, які слідують одна за одною протягом циклу, який називається «місячним». Тривалість місячного циклу становить близько 29,53 днів, або 29 днів 12 годин 44 хвилини 3 секунди..

Місячні фази майже завжди представляють однакові частини Місяця від одного циклу до іншого. Коли сонячне світло освітлює лише зворотний бік Місяця — ту сторону, яку ми не бачимо безпосередньо із Землі, — ця фаза називається молодиком. Коли сонячне світло освітлює лише ближню сторону Місяця — сторону, яка завжди звернена до Землі, — ми називаємо це повним Місяцем.

Решту місяця ми щодня бачимо різну кількість денної сторони Місяця. Всього Місяць має вісім фаз: новий (молодик), зростаючий півмісяць, перша чверть, прибуваючий, повний, спадаючий, остання чверть і старий Місяць.

Оскільки освітлена частина Місяця симетрична по відношенню до площини, утвореної Сонцем, Місяцем і спостерігачем, Місяць представляє ту саму фазу в кожен момент для будь-якого земного спостерігача, незалежно від його широти. Однак орієнтація горизонту земного спостерігача змінюється відносно цієї площини. Так, для низьких широт — біля екватора і в тропіках  — горизонт розташовується перпендикулярно площині і півмісяць буде виглядати горизонтально, як «посмішка». Для вищих широт півмясяць виглядатиме більш вертикальним, як «C». Місяць видно протягом двох тижнів кожні 27,3 дня на Північному та Південному полюсах.

Зміни кута між напрямком сонячного світла та видом з Землі, а також фази Місяця, що виникають у цьому випадку, якщо дивитися з Північної півкулі. Відстань Земля-Місяць не в масштабі. 1 - новий Місяць; 2 - молодий Місяць; 3 - перша чверть; 4 - прибуваючий Місяць; 5 - повний Місяць; 6 - спадаючий Місяць; 7 - остання чверть; 8 - старий Місяць

Видимість

Вигляд повного місяця в Бельгії

Вигляд повного місяця в Австралії

Найбільша висота Місяця під час кульмінації залежить від його місячної фази, точніше його орбітального положення, і пори року, точніше положення земної осі. Повний місяць знаходиться найвище на небі взимку і найнижче влітку (для кожної півкулі відповідно).

На Північному та Південному полюсах повний Місяць знаходиться 24 години над горизонтом протягом двох тижнів кожного тропічного місяця, що можна порівняти з полярним днем ​​тропічного року. Планктон в Арктиці використовує місячне світло, коли Сонце знаходиться за горизонтом протягом місяців.

Орієнтація Місяця на небі змінюється залежно від широти, з якої на нього дивиться спостерігач. Оскільки Місяць обертається поблизу екліптики, хтось, хто дивиться на нього з позитивної широти (на північ від екватора Землі), наприклад, побачить знаменитий кратер Тихо в нижній частині Місяця, тоді як спостерігач з негативної широти (на південь від екватора), побачить його навпаки - зверху. На двох сусідніх фотографіях ми можемо спостерігати цей кратер у нижній частині зображення повного місяця в Бельгії, тоді як на зображення повного місяця в Австралії він знаходиться у верхній частині. Іноді можна побачити, що «роги» півмісяця спрямовані більше вгору, ніж убік. Це явище називається мокрим місяцем і частіше трапляється в тропіках.

Місячна ілюзія: місяць виглядає більшим, коли він знаходиться поблизу горизонту

Повні місяці відрізняються за розміром через еліптичну орбіту Місяця, одна сторона якої (перигей) приблизно на 50 000 км ближче до Землі, ніж інша (апогей). Тому, коли місяцьзнаходиться у перигеї, він виглядає приблизно на 14 відсотків більшим і на 30 відсотків яскравішим, ніж коли перебуває в апогею, або найвіддаленішій точці своєї орбіти. Крім того, існує суто психологічний ефект, відомий як ілюзія Місяця, який полягає в тому, що коли ми спостерігаємо Місяць біля горизонту, він часто виглядає величезним. Хоча насправді, це лише оптична ілюзія, а не ефект нашої атмосфери чи якоїсь іншої фізики.

Лібрації

Лібрація, незначна зміна видимого розміру Місяця та кута огляду протягом одного місячного місяця

Місяць завжди повернутий до Землі однією і тією ж самою півкулею. Явища коливань, які дозволяють спостерігачеві на поверхні Землі бачити більше 50 % поверхні Місяця, називаються «лібраціями». Першим це явище виявив Галілео Галілей у 1638 році. Він зазначив, що видима півкуля Місяця не була ідентичною з часом. Тобто, деякі елементи поблизу краю Місяця іноді з'являлися, а потім зникали, ніби Місяць робив різні коливальні рухи залежно від довготи і широти. Це явища може мати чотири форми: лібрація довготи, лібрація широти, паралактична лібрація та фізична лібрація.

Лібрація довготи — це явне обертання Місяця зі сходу на захід із боку в бік, ніби Місяць повільно хитає головою «ні». Лібрація довготи є ефектом орбітальної швидкості Місяця. Місяць обертається навколо своєї осі з повільною стабільною швидкістю, обертаючись один раз на кожній орбіті. Але між обертанням Місяця навколо власної осі і його обертанням навколо Землі існує відмінність: навколо Землі Місяць обертається зі змінною кутовою швидкістю внаслідок ексцентриситету місячної орбіти (другий закон Кеплера) — поблизу перигею Місяць рухається швидше, ніж його обертання, що зрештою дозволяє нам побачити трохи більше його східної сторони, поблизу апогею — повільніше свого обертання та показує більше своєї західної сторони.

Лібрація за широтою — це явне обертання Місяця з півночі на південь вгору та вниз, ніби Місяць повільно киває головою «так». Цей рух відбувається внаслідок нахилу осі обертання Місяця до площини земної орбіти. Як результат, вигляд Місяця з Землі, дещо змінюється, відкриваються для огляду частини північного та південного полюсів.

Також існує фізична лібрація, зумовлена коливанням супутника навколо положення рівноваги в зв'язку зі зміщеним центром ваги, а також через дію припливних сил з боку Землі.

Усі ці явища лібрації протягом кожного місячного циклу дозволяють спостерігати приблизно 59 % поверхні Місяця з поверхні Землі, хоча біля краю, де лінія огляду дуже скошена, не можна розгледіти багато деталей.

Альбедо і колір

Червоний місяць

Синій місяць

Місяць не має власного світіння, але світить відбитим світлом Сонця. Він має винятково низьке геометричне альбедо (частка падаючого світла, яке поверхня відбиває назад) 0,12, що дає йому дещо вищу відбивну здатність, ніж у зношеного асфальту. Незважаючи на це, це найяскравіший об'єкт на небі після Сонця та перед Венерою, завдяки своїй близькості до Землі. Таким чином, його легко побачити неозброєним оком вночі або навіть серед білого дня. Завдяки біноклю можна розрізнити моря та великі ударні кратери.

Яскравість Місяця різко змінюється зі зміною його фази. Частково це пов'язано з посиленням яскравості завдяки опозиційному ефекту; Місяць у фазі першої чверті освітлений Сонцем на 50 %, але його яскравість у дванадцять разів нижча, ніж у повного Місяця. Крім того, колірна константа зорової системи людини змінює співвідношення між кольорами об'єкта та його оточенням, що пояснює, чому освітлений Сонцем Місяць, на фоні відносно темного неба, сприймається як яскравий об'єкт. Яскравість повного Місяця здається рівномірною по всій освітленій поверхні, без потемніння до краю, це відбувається через відбиваючі властивості місячного ґрунту, який більше відбиває світло до Сонця, ніж в інших напрямках. За межами атмосфери Землі місячна поверхня світить відбитим сонячним світлом, яке має сірий колір з коричневим відтінком.

Однак, дивлячись із атмосфери Землі, Місяць може мати зовсім інші відтінки. Колір, який людина бачить, коли дивиться на Місяць, залежить від світлових хвиль, які досягають її очей, і це світло може змінюватися через забруднення повітря або положення Місяця на горизонті. Іноді Місяць може здаватися червоним або синім. Явище, відоме як «кривавий місяць» є результатом повного місячного затемнення, коли Земля знаходиться між Місяцем і Сонцем, блокуючи більшу частину світла, що йде до Місяця. Молекули повітря з атмосфери Землі розсіюють більшу частину синього світла. Залишок світла відбивається на поверхні Місяця з червоним світінням, завдяки чому Місяць виглядає червоним на нічному небі. Місяць також може мати червоний, помаранчевий або жовтий відтінок, тоді коли він знаходиться низько над горизонтом, тоді світло Місяця проходить через атмосферу більшу відстань. Коли воно проходить довший шлях, більше коротких, синіх довжин хвиль світла розсіюється, залишаючи більше довгих, червоніших довжин хвиль.

Місяць блакитного кольору зустрічається рідше і може вказувати на те, що Місяць видно крізь атмосферу, що містить певні частинки пилу. Лісова пожежа або виверження вулкана іноді можуть наповнювати атмосферу дрібними частинками, що розсіюють червоне світло. Це дає ефект, протилежний звичайному ефекту Тіндаля, і може призвести до того, що Місяць матиме синій відтінок, оскільки червоне світло розсіюється.

Також вислови «червоний місяць» і «блакитний місяць» можуть використовуватись для позначення конкретних повних Місяців року, а не вказувати на наявність червоного або синього місячного світла. Так червоним Місяцем або «Місяцем врожаю» називають повний Місяць, найближчий до осіннього рівнодення (22 або 23 вересня), що настає в будь-який час протягом двох тижнів до або після цієї дати, а блакитним Місяцем називають другий повний Місяць у календарному місяці.

Супермісяць

Порівняння між «середнім» повним місяцем і супермісяцем

Супермісяць — повний місяць, який збігається з мінімальною відстанню від супутника до Землі. Це не астрономічний термін, а радше загальний вислів, який використовується для позначення певних астрономічних явищ. Науковий термін для цього явища — перигей-сизигія системи Земля-Місяць-Сонце (перигей: найближча точка еліптичної орбіти; сизигія: пряма з трьох тіл у гравітаційній системі).

14 листопада 2016 року повний Місяць перебував на найближчій відстані 356 500 км від центру Землі з 1948 року. Супермісяць здається набагато більшим у діаметрі і випромінює на 30 відсотків більше місячного світла, оскільки його кутовий діаметр на 14 % більший, ніж коли він перебуває в апогею. Наступного разу такий супермісяць можна буде побачити тільки 25 листопада 2034 року.

Затемнення

Прогресія сонячного затемнення

Затемнення відбуваються лише тоді, коли Сонце, Земля та Місяць знаходяться на одній прямій лінії (так звана «сизигія»).

Розрізняють два типи затемнень: місячні та сонячні. Сонячні затемнення відбуваються лише під час нового Місяця, коли Місяць знаходиться між Сонцем і Землею. Під час сонячного затемнення Місяць відкидає тінь на Землю і повністю або частково закриває видимість Сонця. Місячні затемнення, навпаки, відбуваються в повний Місяць, коли Земля знаходиться між Сонцем і Місяцем, тінь від Землі падає на поверхню Місяця, затемнюючи її, а іноді забарвлюючи місячну поверхню в яскраво-червоний колір протягом кількох годин. Кутовий розмір Місяця приблизно такий самий, як і Сонця, причому обидва утворюють кут приблизно 0,5° на земному небі. Сонце набагато більше за Місяць, але знаходиться на значно більшій відстані, що дає йому такий самий видимий розмір, як і набагато ближчий і набагато менший з точки зору Землі Місяць. Варіації уявних розмірів через некругові орбіти також майже однакові, хоча й відбуваються в різних циклах. Це робить можливим як повне (коли Місяць виглядає більшим за Сонце), так і кільцеподібне (коли Місяць виглядає меншим за Сонце) сонячні затемнення. Під час повного затемнення Місяць повністю закриває диск Сонця, і сонячна корона стає видимою неозброєним оком.

Повне сонячне затемнення

Оскільки з часом відстань між Землею та Місяцем дуже повільно зростає, кутовий діаметр Місяця зменшується. Зараз Місяць віддаляється від нашої планети зі швидкістю приблизно 3,8 см на рік. У міру того, як Сонце розвивається, щоб стати червоним гігантом, розмір Сонця та його видимий діаметр на небі повільно збільшуються. Поєднання цих двох змін означає, що сотні мільйонів років тому Місяць завжди повністю закривав Сонце під час сонячних затемнень, а кільцеподібні затемнення були неможливими. Так само через сотні мільйонів років у майбутньому Місяць більше не буде повністю закривати Сонце, і повних сонячних затемнень не буде.

Оскільки орбіта Місяця навколо Землі нахилена приблизно на 5,145° (5° 9') до орбіти Землі навколо Сонця, затемнення не відбуваються в кожен повний місяць і новий місяць. Щоб відбулося затемнення, Місяць повинен бути поблизу перетину двох площин орбіт. Періодичність і повторюваність затемнень Сонця Місяцем і Місяця Землею описується саросом, який має період приблизно 18 років.

Оскільки Місяць постійно блокує огляд круглої області неба шириною в пів градуса, явище, яке називається покриття, відбувається, коли Місяць проходить перед іншим об'єктом на небі, наприклад зорею, планетою або астероїдом, тим самим закриваючи його від огляду. Таким чином, сонячне затемнення є покриття Сонця. Оскільки Місяць знаходиться відносно близько до Землі, затемнення окремих зір видно не скрізь на планеті та не одночасно. Через прецесію місячної орбіти щороку закриваються різні зорі.

Дослідження Місяця

Дотелескопічне спостереження (до 1609)

Існує думка, що найдавніші наскельні малюнки із зображеннями биків і геометричних фігур в печері на острові Борнео, віком до 40 000 років тому та на території Європи, віком до 37 000 років тому, інтерпретуються деякими дослідниками як візерунки зір і Місяця. Одним із можливо найдавніших зображень карти Місяця є наскельний малюнок вигравіруваний в камені під назвою Ортостат 47 у Науті, Ірландія, датований третім тисячоліттям до нашої ери. Найбільш ранній запис про сонячне затемнення, який можна перевірити, міститься в написі на кістці, що датується 2136 роком до нашої ери. Цей запис мав вирішальне значення для розуміння астрономічних знань і вірувань того часу. Перша письмова згадка про спостереження сонячного затемнення знайдена на глиняній табличці в стародавньому місті Угарит і датується 1223 роком до нашої ери.

Розуміння місячних циклів є раннім етапом розвитку астрономії: з VIII століття до нашої ери вавилоняни вели систематичний облік сонячних затемнень і, можливо, навіть могли досить точно передбачити їх на основі нумерологічних правил, а вже з V століття до нашої ери, вони відзначили сарос, період повторюваності сонячних та місячних затемнень, що становить близно 18 років.

Фізична форма Місяця та причина місячного світла також були правильно визначені на початку історії астрономії. Грецький філософ Анаксагор (бл. 500—428 до н. е.) припустив, що Сонце і Місяць є сферичними каменями і що останній відбиває світло першого. Стародавній китайський астроном Ши Шень у IV столітті до нашої ери знав про зв'язок між Місяцем та сонячними затемненнями, оскільки він надав інструкції у своїх творах, щоб передбачити їх, використовуючи відносне положення Місяця та Сонця. Крім того, Демокріт (бл. 460—370 роки до н. е.) припустив, що позначки, які спостерігаються на Місяці, є наслідком існування гір і долин.

Арістотель (384—322 до н. е.) у своїй книзі «Про небо» висуває теорію, згідно з якою Місяць позначає межу між сферами мінливих елементів (земля, вода, повітря та вогонь) і нетлінними зорями ефіру. Надмісячний світ досконалий, і тому Місяць є гладкою і незмінною сферою. Учень Аристотеля Клеарх Солесський пояснює місячні плями тим, що Місяць є полірованим дзеркалом, яке відображає земний ландшафт. Однак ця теорія була спростована спостереженням про те, що поверхня Місяця залишалася незмінною, коли він рухався перед Землею, що змусило інших вчених припустити, що плями були конденсованими парами з хмари або виходили із Землі. Ця аристотелівська концепція гладкого Місяця частково збереглася до кінця Середньовіччя і навіть залишила сліди у Персії ХІХ століття та в європейському фольклорі ХХ століття.

Розрахунки Аристарха щодо відносних розмірів Сонця, Землі та Місяця в книзі «Про розміри та відстані» в ІІІ ст. до н. е. (тут грецька копія з Х ст.)  

Аристарх Самоський (бл. 310—230 до н. е.) у своїй праці «Про розміри та відстані Сонця і Місяця» визначив, що діаметр Місяця становить приблизно одну третину діаметра Землі та обчислив його відстань до Землі, отримавши значення відстані, що лише трохи більше ніж на 7 % більше порівняно з сучасним значенням відстані Земля-Місяць. Птолемей (бл. 87 — 165 н. е.) значно вдосконалив числа Аристарха, обчисливши середню відстань до Місяця у 59 радіусів Землі та його діаметр оцінив у 0,292 діаметра Землі, що близько до правильних значень приблизно 60 та 0,273 відповідно.

Архімед (бл. 287—212 до н. е.) спроектував планетарій, який обчислював рух Місяця та інших об'єктів Сонячної системи. Селевк із Селевкії (бл. 190—150 до н. е.) правильно дійшов висновку, що припливи і відпливи виникають через тяжіння Місяця, а їхня висота залежить від положення Місяця відносно Сонця.

Також Плутарх (бл. 46 — 120/127) у своїй збірці «Моралія» писав, що «Місяць — це небесна земля», а темні області — це западини, заповнені водою. Тому їх називають maria (латинське слово, що означає «моря» у множині), тоді як світлі високогір'я називають terrae («землі»). Ці назви, хоча й неправильні, залишаються в поточній номенклатурі.

Індійський астроном Аріабгата (476—550) у своєму творі «Аріабгатіам» правильно приписав світність Місяця і планет відбитому сонячному світлу. Астроном і фізик Ібн аль-Хайсам (965—1039) виявив, що сонячне світло не відбивається від Місяця, як дзеркало, а що світло випромінюється від кожної частини освітленої Сонцем поверхні Місяця в усіх напрямках.

Протягом Середньовіччя, до винаходу телескопа, Місяць все більше визнавали сферою, хоча багато хто вважав, що він «ідеально гладкий».

Телескопічні дослідження (1609—1959)

Ескізи Місяця Галілея з новаторської праці Sidereus Nuncius (1610)

Точна селенографія почалася лише в XV столітті. Єдиною відомою місячною картою, зробленою до телескопічної ери, є карта Вільяма Гілберта опублікована в 1603 році. У 1610 році Галілео Галілей опублікував у журналі Sidereus Nuncius один із перших малюнків Місяця, зроблених за допомогою інструменту — свого астрономічного телескопа  — і зазначив, що його поверхня не гладка, а має гори та кратери. Томас Герріот зробив подібні малюнки за допомогою телескопа кількома місяцями раніше, але не опублікував їх.

Тепер, коли було знято питання щодо особливості поверхні Місяця, адже астрономи визнали, що вона не є рівною, виникла потреба в картографуванні Місяця. Перші спроби були зроблені в 1637 році. За ескізами та під керівництвом П'єра Ґассенді відомий художник і гравер Клод Меллан вигравірував три зображення Місяця: першої чверті, повного місяця та останньої чверті. Більш точну карту, зроблену на основі телескопічних спостережень, у 1645 році створив та опублікував голландський картограф Міхаель Флорань ван Лангрен. Це була перша карта, на якій було позначено моря, кратери та гори, а також присвоєно назви місячним об'єктам. Через два роки Ян Гевелій опублікував Селенографію, перший трактат і атлас, повністю присвячений Місяцю, що включав його зони лібрації. В 1651 році Джованні Баттіста Річчолі опублікував в Almagestum novum дві місячні карти намальовані його помічником Франческо Марія Грімальді. Річчолі узагальнив попередні карти, додав деталі з нових спостережень і саме в цій праці ввів систему назв кратерів і гір на Місяці іменами стародавніх і сучасних астрономів. З кожним новим переглядом місячних карт, нова номенклатура для об’єктів входила у вжиток, іноді конкуруючи одна з одною. Частина назв, які присвоїли місячним об'єктам Ван Лангрен, Гевелій та Річчолі, використовуються і нині.

Велика чотириаркушна карта Місяця під назвою Mappa Selenographica, складена Вільгельмом Бером і Йоганном Генріхом фон Медлером, опублікована в Der Mond у 1837 році, забезпечила перше тригонометрично точне дослідження місячних характеристик. Вона включає в себе вказівку висоти понад тисячі гір з точністю, подібною до перших спроб земної географії. Крім того, автори приходять до висновку, що Місяць не має ні водної маси, ні значної атмосфери.

Усі вимірювання проводилися шляхом прямих спостережень, поки Джон Вільям Дрейпер не створив астрофотографію в березні 1840 року з дагеротипом Місяця. Якість фотографій Місяця зрештою швидко прогресувала, доки місячну фотографію не визнали наприкінці XIX століття субдисципліною астрономії.

Місячні кратери, вперше помічені Галілеєм, вважалися вулканічними, поки в 1870-х роках Річард А. Проктор не запропонував, що вони насправді були ударними кратерами, утвореними зіткненнями астероїдів або комет. Цю точку зору підтримав у 1892 році геолог з Гроув Карл Гілберт, який підтвердив цю теорію шляхом експериментів. Порівняльні дослідження цих кратерів з 1920 по 1940-ві роки привели до розробки місячної геологічної шкали часу, яка стала новою галуззю планетарної геології, яка розвивалася в 1950-х роках. Однак спостереження з Землі залишалися обмеженими лише видимою стороною Місяця, і саме завдяки дослідженню космосу знання про природний супутник розширились, наприклад, завдяки радянському космічному апарату Луна-3 у 1959 році було отримано перше зображення зворотної сторони Місяця.

Еволюція карт Місяця з XVII по XIX століття

Міхаель Флоран ван Лангрен, перша місячна карта (1645)

Ян Гевелій, перший астроном, який взяв до уваги лібрації Місяця (1647), запропоновані херувимами, що оточують його карту Місяця.

Йоганн-Баптист Гоманн і Йоганн Габріель Доппельмайр (1707)

Перший куток «Mappa Selenographica» Бера та фон Медлера (1837)

Карта з енциклопедії Meyers Konversations-Lexikon (1890)

Космічна гонка (1959—1976)

Після закінчення Другої світової війни були розроблені перші системи запуску, а вже до кінця 1950-х років вони досягли такого рівня технологій, який дозволив Радянському Союзу та Сполученим Штатам запускати космічні кораблі в космос. Холодна війна зіткнула ці дві великі держави одна проти одної та призвела до стеження за розробкою систем запуску одна одної, що призвело до так званої космічної гонки та її наступної фази Місячної гонки, що збільшило зусилля та інтерес до дослідження Місяця. Космічна гонка тривала від початку радянської програми «Луна» у 1959 році до 1970-х років з останніми пілотованими місіями американської програми «Аполлон» і останньою місією на Місяць у 1976 році.

Програма Луна

Історичне фото — перше повне зображення зворотного боку Місяця, зроблене «Луна-3» 7 жовтня 1959 року

4 жовтня 1957 року радянська міжконтинентальна балістична ракета Р-7 запустила «Супутник-1» — перший у світі штучний супутник і перший рукотворний об'єкт, виведений на орбіту Землі. Після цього першого успішного досвіду, космічні апарати радянської програми «Луна» першими досягли ряду цілей. Після трьох безіменних невдалих місій у 1958 році перший рукотворний об'єкт «Луна-1» подолав земну гравітацію та пройшов біля Місяця в 1959 році. Пізніше того ж року перший рукотворний об'єкт «Луна-2» досяг поверхні Місяця шляхом навмисного зіткнення. До кінця року «Луна-3» як перший об'єкт, створений людиною, досягла зазвичай закритої зворотної сторони Місяця, зробивши її перші фотографії. Перша карта місячної поверхні створена за допомогою фотографій, була створена завдяки зображенням отриманим радянським «Зонд-3» 18 липня 1965 року, що охоплюють площу поверхні в 19 мільйонів квадратних кілометрів і посприяли розвитку селенографії.

Потім у 1960-х радянські інженери перейшли від апаратів, здатних лише пролетіти над Місяцем або розбитися на ньому, до посадкових апаратів. В результаті, першим космічним кораблем, який здійснив успішну м'яку посадку на Місяць та повернув фотографії місячної поверхні, був «Луна-9» 3 лютого 1966 року. А першим зондом, виведеним на орбіту навколо Місяця, був «Луна-10» в квітні 1966 році.

17 листопада 1970 року, самохідний апарат «Луноход-1», транспортований «Луною-17», став першим роботизованим транспортним засобом, який досліджував його поверхню. Через три роки місяцехід «Луноход-2» на борту «Луни-21» став першою машиною, яка подолала майже марафонську дистанцію в 37 км на іншому небесному тілі.

Зрештою, СРСР розробив три пробні місії повернення на Місяць, які дозволили доставити на Землю 0,3 кг місячного каміння: «Луна-16» у 1970 році, «Луна-20» у 1972 році та «Луна-24» у 1976 році. Остання є останньою радянською місією на Місяць.

Програма Аполлон

Схід Землі, перше кольорове зображення Землі, зроблене людиною з Місяця, під час Аполлона-8 (1968), коли вперше космічний корабель з екіпажем залишив орбіту Землі та досяг іншого астрономічного тіла

Американська космічна програма спочатку була довірена армії, а потім була значною мірою передана цивільному агентству НАСА.

У Сполучених Штатах гонка на Місяць була офіційно започаткована президентом Джоном Фіцджеральдом Кеннеді 25 травня 1961 року під час виступу перед американським Конгресом, через 43 дні після орбітального польоту Юрія Гагаріна та через 20 днів після суборбітального польоту Алана Шепарда. А також як результат, знаменитої промови Джоном Кеннеді «Ми вибираємо побувати на Місяці» у 1962 році, було запущено різні космічні програми з обіцянкою, що американець побуває на Місяці до кінця десятиліття. Для покращення розуміння місячної поверхні в рамках підготовки до людських місій була розроблена серія безекіпажних зондів: програма Рейнджер створила перші фотографії супутника великим планом, програма Лунар Орбітер склала карту всього Місяця і програма Сервеєр здійснила м'яку посадку на поверхню Місяця. Паралельно розроблялася програма «Аполлон» з екіпажем.

Після серії випробувань космічного корабля «Аполлон» на навколоземній орбіті без екіпажу та з екіпажем, а також підштовхнутих можливою радянською висадкою людини на Місяць, у 1968 році «Аполлон-8» здійснив першу місію людини на місячну орбіту. В результаті чого, члени його екіпажу (Френк Борман, Джеймс Ловелл і Вільям Андерс) стали першими людьми, які безпосередньо побачили приховану сторону Місяця.

Лазерний ретрорефлектор, який астронавти Аполлона-14 розгорнули на Місяці

Посадка «Аполлон-11» 21 липня 1969 року вважається кульмінацією космічної гонки між США та СРСР під час холодної війни. О 02:56 UTC першою людиною, яка ступила на Місяць, був Ніл Армстронг, командир місії, а за ним Базз Олдрін. Близько 500 мільйонів людей у ​​всьому світі дивилися передачу телевізійної камери Aполлона, найбільша телевізійна аудиторія для прямої трансляції на той час. У той самий момент інша місія, роботизована місія повернення зразків «Луна-15» Радянського Союзу, теж була на орбіті навколо Місяця, ставши разом з «Аполлоном-11» першим випадком двох позаземних місій, які проводилися одночасно.

Місії «Аполлон» з 11 по 17 (крім «Аполлона-13», який перервав заплановану посадку на Місяць) повернули 382 кілограми місячної породи та ґрунту в 2196 окремих зразках. Під час усіх посадок Аполлона на поверхні Місяця були встановлені пакети наукових приладів. На місцях посадки Аполлона 12, 14, 15, 16 і 17 були встановлені довгострокові приладові станції, включаючи зонди теплового потоку, сейсмографи та магнітометри. Пряма передача даних на Землю була припинена наприкінці 1977 року через бюджетні обмеження, але оскільки ретрорефлекторні решітки, які дозволяють проводити лазерні вимірюванням дальності є пасивними інструментами, то вони використовуються й до тепер. Аполлон-17 у 1972 році залишається останньою місією екіпажу на Місяць.

Загалом у ХХ столітті і до наших днів 24 астронавти побували на навколомісячній орбіті і 12 з них ходили по поверхні Місяця, усі — в рамках програми «Аполлон».

Договір про Місяць і відсутність дослідження (1976—1990)

Після останньої радянської місії на Місяць у 1976 році настала майже чотирнадцятирічна місячна тиша. Астронавтика перемістила свою увагу на дослідження внутрішніх (наприклад, програма «Венера») і зовнішніх (наприклад, «Піонер-10», 1972) планет Сонячної системи, а також на навколоземну орбіту, розробляючи та відправляючи на неї, окрім супутників зв'язку, супутники спостереження Землі (наприклад, програма «Landsat», 1972), космічні телескопи і, зокрема, космічні станції (наприклад, програма «Салют», 1971).

До 1979 року Угода про Місяць, ратифікована кількома сторонами в 1984 році, була майже єдиною великою діяльністю щодо Місяця до 1990 року.

Відновлення досліджень (1990 — тепер)

Карта усіх успішних м'яких посадок на Місяць на 2024 рік

У 1990-х роках Місяць став основним пунктом призначення зондів нових космічних держав, які розробляють програми дослідження Сонячної системи, головним чином Японії, Китаю та Індії. Таким чином, у 1990 році Японія стала третьою країною, яка вивела на орбіту Місяця орбітальний апарат «Хагоромо», скинутий зондом «Хітен».

Інтерес до Місяця відродився після двох невеликих місій НАСА, Клементина та Lunar Prospector, запущених у 1994 та 1998 роках відповідно, які дозволили створити майже глобальну топографічну карту Місяця та перші глобальні мультиспектральні зображення місячної поверхні, а також вказали на наявність надлишку водню на полюсах Місяця, що, ймовірно, було спричинено наявністю водяного льоду у верхніх кількох метрах реголіту в межах постійно затінених кратерів.

У наступні роки відбулася низка перших місій на Місяць новою групою держав, які активно досліджують Місяць. У вересні 2003 року Європейське космічне агентство (ЄКА) запускає свій перший космічний апарат «Смарт-1» для тестування сонячно-електричних двигунів, крім цього проводить першу комплексну інвентаризацію ключових хімічних елементів на поверхні Місяця. У вересні 2007 року японське агентство аерокосмічних досліджень запускає орбітальний апарат SELENE (або Каґуя), який отримує геофізичні дані Місяця та знімає перший фільм з високою роздільною здатністю за межами орбіти Землі. Китайська програма дослідження Місяця вперше досягла Місяця за допомогою орбітального апарату Чан'е-1 (2007—2009), який створив повну місячну карту високої роздільної здатності. У 2008 році Індія запустила свій перший місячний зонд Чандраян-1 разом з зондом Moon Impact Probe, які створили хімічну, мінералогічну та фотогеологічну карту поверхні Місяця з високою роздільною здатністю та підтвердили присутність молекул води в місячному ґрунті.

18 червня 2009 року США запустили Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) з ударником LCROSS. 9 жовтня 2009 року ударна частина LCROSS впала на поверхню Місяця в кратер Кабео, піднявши у повітря шлейф уламків, через який пролетів LCROSS. Зібрані дані, вказали на те, що місія успішно виявила воду. LRO створила 3D-карту Місяця в рамках програми визначення майбутніх місць посадки та ресурсів, включаючи відкладення водяного льоду, затінені в полярних кратерах. На 2024 рік LRO досі продовжує фунціонувати та обертатися навколо Місяця. НАСА запустила ще два орбітальні апарати: в 2011 році GRAIL для вивчення внутрішньої структури Місяця та у вересні 2013 року LADEE для вивчення місячної екзосфери з завершенням місій у грудні 2012 року та квітні 2014 року відповідно.

Китай продовжив свою місячну програму в 2010 році з роботизованим зондом «Чан'е-2», для збору зображень з високою роздільною здатністю можливих місць посадки на Місяць майбутньої супутникової місії «Чан'е-3». «Чан'е-2» став першим космічним кораблем, який здійснив дослідження від Місяця до точки Лагранжа L2 та здійснив близький проліт повз астероїд 4179 Тоутатіс, отримавши його зображення великим планом. А в 2013 році «Чан'е-3» здійснив посадку на Місяці в районі Моря дощів та доставив місяцехід під назвою Юйту, призначений для дослідження місячної поверхні. Успішна посадка «Чан'е-3» робить Китай третьою країною, яка висадила роботизований космічний корабель на Місяць, і другою країною, яка використала роботизований місяцехід для дослідження місячної поверхні.

У 2014 році зонд Меморіальна місія Манфреда на Місяць (4М, англ. Manfred Memorial Moon Mission), був першою приватно фінансованою недорогою місією з прольотом навколо Місяця.

На початку 2019 року китайський комбінований посадковий модуль-місяцехід «Чан'е-4» здійснив першу посадку на зворотному боці Місяця в кратері Фон Карманта та розгорнув місяцехід «Юйту-2».

Також у 2019 році Індія запустила на Місяць свій другий зонд «Чандраян-2» з посадковим модулем Vikram, але він розбився на поверхні Місяця. Орбітальний апарат «Чандраян-2» тим часом продовжив працювати на орбіті навколо Місяця. А у 2023 році індійський посадковий апарат «Чандраян-3» успішно приземлився в районі Південного полюса Місяця, зробивши Індію четвертою країною, якій вдалося здійснити посадку на Місяць, за нею йде Японія з посадковим модулем SLIM, який здійснив успішну посадку на Місяць у січні 2024 року. 22 лютого 2024 американський посадковий апарат IM-1 став першим комерційно побудованим посадковим модулем, який здійснив посадку на Місяць.

У 2020 році Китай здійснив свою першу роботизовану місію з повернення зразків «Чан'е-5», доставивши на Землю 1731 грам місячного матеріалу. 3 травня 2024 року Китай запустив «Чан'е-6», ще один місячний посадковий модуль з місією повернення зразків, який приземлився на зворотному боці Місяця в басейні Південного полюса-Ейткен та вперше в історії повернув зразки із зворотного боку Місяця. Pазом із «Чан'е-6» Пакистан відправив свій місячний орбітальний апарат ICUBE-Q, який здійснив успішний вихід на місячну орбіту.

У 2004 році США оприлюднили плани повернення на Місяць, а у 2020 році очолили «Угоди Артеміди», згідно яких з рамках програми «Артеміда» планують на 2025 рік місію, завдяки якій, чотири астронавти облетять Місяць без фактичної посадки («Артеміда-2»), а в 2026 році заплановано знову висадити астронавтів на Місяць(«Артеміда-3»). Запровадження «Угоди Артеміди» викликало відновлення дискусій про міжнародну структуру та співпрацю в галузі місячної активності на основі Угоди про Місяць і концепції Місячного села під керівництвом ЄКА.

Заплановані місії

Екіпаж «Артеміда-2» з першою жінкою, кольоровою людиною та астронавтом, який не є громадянином США, який має відправитися на Місяць. Місія запланована на 2025 рік та має на меті повернути людей на Місяць уперше після «Аполлона-17» у 1972 році. За годинниковою стрілкою зліва: Кох, Гловер, Хансен і Вайзман

Окрім прогресуючої програми НАСА «Артеміда», за допомогою ініціативи Commercial Lunar Payload Services та співпраці з комерційними та міжнародними партнерами, яка має на меті висадити першу жінку, першу кольорову людину та негромадянина США на Місяць у 2020-х роках, Китай продовжує свою амбітну програму Чан'е, оголосивши про спільні місії з російською програмою «Луна». І китайська, і американська місячні програми разом зі своїми міжнародними партнерами мають на меті створити у 2030-х роках місячну базу, хоча США та їхні партнери спочатку планують створити у 2020-х роках в рамках програми «Артеміда» орбітальну станцію Lunar Gateway, яка буде підтримувати місії з екіпажем людей у ​​глибокий космос і на поверхню Місяця.

У той час як місії «Аполлон» носили дослідницький характер, програма «Артеміда» планує встановити більш постійну присутність. З цією метою НАСА співпрацює з лідерами галузі для створення ключових елементів, таких як сучасна комунікаційна інфраструктура. Демонстрація з'єднання 4G має бути запущена на борту посадкового модуля Intuitive Machines Nova-C в кінці 2024 року. Також увага приділяється використанню ресурсів на місці, що є ключовою частиною місячних програм DARPA. DARPA звернулося до партнерів з промисловості з проханням розробити 10-річний план місячної архітектури, щоб забезпечити початок місячної економіки.

Місячний час (LTC)

На початку квітня 2024 року, згідно зі службовою запискою керівника Офісу науково-технічної політики Білого дому (Office of Science and Technology Policy, OSTP), космічному агентству НАСА, спільно з іншими підрозділами уряду США, доручено розробити до кінця 2026 року план встановлення так званого «Координованого Місячного часу» (Coordinated Lunar Time, LTC). У доповідній записці також йдеться про те, що для людини на Місяці земний годинник буде втрачати в середньому 58,7 мікросекунди за земну добу, а також матиме інші періодичні коливання, які ще більше віддалятимуть місячний час від земного. Цей крок є частиною політичної ініціативи уряду США, яка спрямована на створення майбутньої місячної екосистеми, яка може бути масштабована на інші регіони нашої Сонячної системи. Місячний час визначатиметься середньозваженим значенням атомних годинників на Місяці, подібно до того, як вчені обчислюють глобально визнаний всесвітній координований час (UTC) Землі.

Людська присутність

Востаннє люди висаджувалися на Місяць під час програми «Аполлон» — серії дослідницьких місій екіпажу, які виконувалися з 1969 по 1972 рік. Після цього на місячній орбіті безперервно присутні орбітальні апарати, які в основному здійснюють спостереження за Місяцем і забезпечують ретрансляційний зв'язок для роботизованих місій на поверхні Місяця.

Місячні орбіти та орбіти навколо точок Лагранжа Земля–Місяць використовуються для створення навколомісячної інфраструктури, щоб зробити можливим активізацію людської діяльності в цислунарному просторі (область навколо Землі, яка простягається до орбіти Місяця), а також на поверхні Місяця. Місії на зворотному боці Місяця або в північних і південних полярних регіонах Місяця потребують космічних кораблів зі спеціальними орбітами, таких як ретрансляційні супутники «Цюецяо» і «Цюецяо-2» або запланована перша позаземна космічна станція «Lunar Gateway».

Вплив людини

Артефакти людської діяльності. Частина інструментів ALSEP, залишених в ході польоту «Аполлона-16»

Хоча Місяць має найнижчу цільову категорію захисту планети, слід звернути увагу на його деградацію як незайманого тіла та наукового місця, а також на збільшення кількості слідів людської діяльності на його поверхні. Зі збільшенням кількості місій на Місяць, космічне сміття за межами Землі навколо Місяця розглядається як майбутній виклик, особливо як небезпека для самих цих місій. Таким чином, управління відходами на Місяці було піднято як питання, яке потрібно вирішити майбутнім місячним місіям, особливо для місій безпосередньо на поверхні Місяця.

Більшу частину місячного сміття становлять уламки космічних кораблів, решту становлять дрібніші уламки, використані інструменти та тілесні відходи. Загалом під час дослідження космосу на Місяці було залишено близько 225 тонн матеріалу земного походження, дані станом на 2018 рік. Більшість відходів залишили місії «Аполлон» між 1969 і 1972 роками. До найважчих об'єктів належать треті ступені кількох ракет «Сатурн V», які використовуються під час пілотованих місій. Окрім залишків людської діяльності на Місяці, існують і деякі спеціально залишені речі, як-от маленька картинна галерея «Музей Місяця», послання доброї волі залишене екіпажем «Аполлона-11», меморіал «Полеглий астронавт», прапори та інші артефакти. Крім того на Місяці присутні й особисті речі, залишені астронавтами, наприклад м'ячі для гольфу, залишені Аланом Шепардом під час місії «Аполлон-14», або Біблія, залишена Девідом Скоттом під час «Аполлона-15».

Крім китайського місяцехода «Юйту-2», який станом на травень 2024 року знаходиться в нормальному робочому стані та продовжує функціонувати, єдині об'єкти, які досі знаходяться на Місяці і використовуються для наукових експериментів, це місячні рефлектори, що використовуються для точного вимірювання відстані Земля-Місяць. Крім того, станом на серпень 2024 року, на місячній орбіті продовжує обертатися Lunar Reconnaissance Orbiter, запущений у 2009 році, який спостерігає за Місяцем для майбутніх місій.

11 квітня 2019 року ізраїльський космічний корабель «Берешит» впав на Місяць під час невдалої спроби посадки. Його корисне навантаження включало кілька тисяч тихоходок. За попередніми даними, вони могли пережити аварійну посадку. Можливість виживання тихоходок викликала занепокоєння щодо можливого забруднення Місяця біологічним матеріалом.

Критику з боку лідерів корінних народів викликала практика космічних поховань, оскільки Місяць займає священне місце в багатьох культурах. Наприклад, тодішній президент навахо Альберт Хейл розкритикував НАСА за відправку кремованого праху вченого Юджина Шумейкера на Місяць у 1998 році. Також приватні компанії Celestis і Elysium Space відправляють польотні капсули з кремованими останками або зразками ДНК на Місяць.

В 2023 році, вченими Університу Пердью (США) проведено дослідження, яке було спрямоване на моделювання та відстеження космічного сміття навколо Місяця. Було встановлено, що космічне сміття, яке повертається з геліоцентричної орбіти, часто потрапляє на орбіту Місяця або Землі і перебуває там, як тимчасові супутники. Одним з таких випадків був астероїд J002E3, який виявився ракетою-носієм «Сатурн V» від «Аполлона-12». Іншим був астероїд 2010 QW1, який пізніше було ідентифіковано, як ступінь «Long March-3C» китайської місії «Чан'е-2».

Астрономія з Місяця

Ілюстрація радіотелескопа «Місячний кратер»

Місяць визнано чудовим місцем для телескопів. Дійсно, він знаходиться відносно близькота має чудову якість видимості через відсутність світлового забруднення та атмосфери. Крім того, деякі кратери поблизу полюсів постійно знаходяться в темряві і таким чином залишаються надзвичайно холодними, тому вони особливо підходять для інфрачервоних телескопів. Крім того, радіотелескопи, розміщені на дальній стороні, будуть захищені від радіовипромінювання, що надходить із Землі.

Ці переваги Місяця вже використовувались в квітні 1972 року, під час місії «Аполлон-16», протягом якої були зроблені різні фотографії та астрономічні спектри з поверхні Місяця.

Хоча місячний ґрунт створює проблему для будь-яких рухомих частин телескопа, його можна змішувати з вуглецевими нанотрубками та епоксидними смолами та використати для виготовлення дзеркал діаметром до 50 метрів. Місячний зенітний телескоп можна зробити за допомогою іонної рідини.

Життя на Місяці

Командир «Аполлона-17» Юджин Сернан готується зняти свій покритий місячним пилом скафандр

Єдиним випадком, коли люди жили на Місяці, є випадок знаходження астронавтів на поверхні Місяця в місячному модулі Аполлона протягом кількох днів поспіль, прикладом є місія «Аполлон-17», екіпаж якої провів на Місяці майже 75 годин. Однією з проблем перебування на місячній поверхні є місячний пил, який прилипає до костюмів і переноситься в приміщення. Астронавти відчували смак і запах пилу, який пахне порохом, за що отримав назву «аромат Аполлона». Цей дрібний місячний пил може викликати проблеми зі здоров'ям.

У 2019 році під час експерименту на посадковому модулі «Чан'е-4» проросло насіння бавовни. Коли «Чан'е-4» приземлився на зворотному боці Місяця, його вантаж включав герметичний контейнер, який перевозив біологічні тестові вантажі, включно з тим, що називається «мікроекологічне коло поверхні Місяця».

Правовий статус Місяця

Базз Олдрін і прапор США встановлені на Місяці: символічний акт без вимог

Незважаючи на те, що на місцях посадки своїх космічних апаратів були символічно встановлені прапори країн, яким належали ці космічні програми, жодна держава не претендує на право власності будь-якої частини поверхні Місяця. Більшість правових питань освоєння Місяця було вирішено 1967 року, коли СРСР, США та Велика Британія підписали Договір про космос, який набув чинності 10 жовтня 1967 року — до якого згодом приєдналися понад сто країн:

	Космічний простір і небесні тіла відкриті для дослідження і використання всіма державами на основі рівності і згідно з міжнародним правом. Космічний простір і небесні тіла не підлягають національному привласненню ні шляхом проголошення на них суверенітету, ні шляхом використання або окупації, ні будь-якими іншими засобами.
— Договір про принципи діяльності держав по дослідженню і використанню космічного простору, включаючи Місяць та інші небесні тіла. 10.10.1967.

Цей договір також обмежує використання Місяця в мирних цілях, прямо забороняючи військові об'єкти та зброю масового ураження, включаючи ядерну зброю.

У 1979 році додатково було укладено Угоду про Місяць, щоб обмежити експлуатацію природних ресурсів Місяця однією державою. Однак вона вважається невдалою, оскільки жодна країна, яка має програми чи проекти польотів людини в космос, не підписала його. Угоду не підписали Китай, США та Росія.

У 2020 році НАСА в координації з Державним департаментом США спільно з сімома іншими державами-засновницями уклало «Угоди Артеміди», які кидають виклик Угоді про космос. Крім того, США підкреслили в президентському розпорядженні («Заохочення міжнародної підтримки відновлення та використання космічних ресурсів»), що "Сполучені Штати не розглядають космічний простір як «глобальне надбання» і називають Угоду про Місяць «невдала спроба обмежити вільне підприємництво». Станом на червень 2024 року «Угоди Артеміди» були підписані 43 державами (Україна в тому числі).

Оскільки Австралія є єдиною державою, яка підписала та ратифікувала і Угоду про Місяць у 1986 році, і Артемісські угоди у 2020 році. Одночасне членство Австралії в обох документах є проблематичним, оскільки точаться дискусія щодо їх узгодження. У цьому світлі рішенням може бути створення імплементаційної угоди для Угоди про Місяць, як спосіб компенсувати недоліки Угоди і узгодити її з іншими законами та договорами, такими як Угоди Артеміди, дозволяючи їй бути більш ефективною та широко прийнятою.

З огляду на такий зростаючий комерційний і національний інтерес, особливо розвідувальних територій, наприкінці 2020 року законодавці США запровадили спеціальне положення щодо збереження історичних місць висадки, а групи інтересів виступили за те, щоб зробити такі місця об'єктами всесвітньої спадщини та зони наукової цінності, охоронні зони, які додають законної доступності та територіалізації Місяця.

У 2021 році спираючись на прецеденти руху за права природи та концепцію правосуб'єктності для нелюдських організацій в космосі, групою «юристів, космічних археологів і зацікавлених громадян» була створена Декларація прав Місяця.

Місяць в культурі і побуті

Календар

Місячний календар XVIII ст.

Регулярні фази Місяця роблять його дуже зручним для вимірювання часу, тому цикли його зростання та спадання лежать в основі багатьох найдавніших календарів. Вважається, що лічильні палички, зубчасті кістки, датовані 20–30 000 років тому, позначають фази Місяця. Підрахунок днів між фазами Місяця врешті дав початок узагальненим часовим періодам місячних циклів у вигляді місяців і, можливо, його фаз у вигляді тижнів.

Дійсно, місячний цикл дуже легко спостерігати, ми легко можемо помітити зміни його фаз, а цикл пір року — відповідний року — завершується приблизно за дванадцять місячних циклів (354 дні). Історично місячні календарі використовувалися ранніми цивілізаціями, такими як Месопотамія та Стародавній Єгипет. Однак, якщо вони є адаптованими до кочових народів, вони є проблематичними для людей, які займаються сільським господарством, через поступовий зсув, який вони представляють із сезонами, змушуючи робити регулярні коригування. Крім того, сучасне визначення періоду часу місяця приблизно в 30 днів слідує цій традиції та є наближенням місячного циклу.

Враховуючи цей зсув, багато наступних календарів стали місячно-сонячними, зокрема галльський календар Коліньї, єврейський або традиційний китайський. Їхня суть полягає в тому, щоб зіставити цикл пір року з циклом місячних місяців. Грецький астроном Метон у V столітті до н. е. помітив, що 19 сонячних років відповідають 235 місячним місяцям, щоб повернути їх у початкову фазу. Місячно-сонячні календарі є досить складними, і наступні цивілізації швидко віддадуть перевагу сонячним календарям.

Найвідомішим суто місячним календарем є календар Хіджри, який датується VII століттям. В ньому місяці традиційно визначаються шляхом візуального спостереження за хілалом, першим півмісяцем над горизонтом.

Особливе значення має повний місяць, який виділяється та відзначається в багатьох календарях і культурах, прикладом яких є буддійський Весак. Повний місяць навколо південного або північного осіннього рівнодення часто називають місяцем урожаю і відзначають святами, як приклад, Свято середини осені за китайським місячним календарем, що є другим за значенням святом після Китайського Нового року.

Вірування та міфології

Приклади парейдолій, утворених плямами Місяця

Лунниці

У міфологічних поглядах людей від пізнього палеоліту до енеоліту включно Місяць відігравав не меншу роль, ніж Сонце. Це було зумовлено низкою чинників. По-перше, його цикл збігався з фізіологічним циклом жінки. Завдяки цьому жінка ототожнювалася з Місяцем і підносилася до рівня небесної істоти. По-друге, зміна фаз світила була зручним мірилом часу. Варто зазначити, що Місяць, за баченням землеробів епохи неоліту і енеоліту, залежно від фаз, які проходило світило, фігурував як жіноче чи як чоловіче божество, але в цілому вважався богинею. Богиня-Місяць включала чотири чоловічі і чотири жіночі фази (божества), до жіночих фаз Місяця відносили повний і новий місяць, та два півмісяці.

За тисячоліття, в які панував культ Богині-Місяця, сформувалася відповідна міфологія і символіка, яка її виражала. Однак після епохи енеоліту в міфології багатьох народів відбувається так званий маскуліністичний переворот, завдяки якому на передній план виходить культ бога. Це зумовило те, що Богиня-Місяць відійшла на другий план, а в світогляді деяких народів, зокрема й українців, за Місяцем узагалі закріпився статус чоловічого божества.

У греко-римській міфології Сонце і Місяць представлені відповідно чоловіком і жінкою (Геліос і Селена для греків, потім Сол і Луна для римлян). Це розвиток, унікальний для східного Середземномор'я, а сліди більш раннього чоловічого бога Місяця в грецькій традиції збереглися в фігурі Менелая.

Стародавні шумери пов'язували Місяць з богом Нанною, батьком Іштар, богині планети Венери, і Уту, бога Сонця. Пізніше Нанна став відомий як Сін.

В індуїстській міфології Місяць є сутністю чоловічого роду і називається Чандра.

Контраст між світлими плато та темнішими морями на поверхні Місяця створює візерунки для людини-спостерігача через психологічний феномен, який називається парейдолією. Вони відзначаються та інтерпретуються багатьма культурами, серед них мотиви людини на Місяці або місячного зайця. У китайській міфології останній, зокрема, є супутником богині Місяця Чан'е, яка дала своє ім'я зондам китайської програми дослідження Місяця, а в міфології ацтеків він служить їжею для Кетцалькоатля.

У месопотамській іконографії півмісяць є головним символом Нанна-Сін. У давньогрецькому мистецтві богиню Місяця Селену зображують у головному уборі у вигляді півмісяця, який нагадує роги. Зображення зорі та півмісяця сходить до бронзової доби, представляючи асоціацію або Сонця та Місяця, або Місяця та планети Венера. Таке розташування використовується для зображення богинь Артеміди (Діана в римській міфології) і Гекати. Завдяки заступництву Гекати півмісяць з зорею тоді використовувався як символ Візантії, а згодом перейшов до Османської імперії.

Місяць також відіграє провідну роль у мусульманській релігійній культурі. Він не тільки є основою побудови мусульманського місячного календаря, але також згадується в різних релігійних біографіях Мухаммеда в контексті дива поділу Місяця.

У X—XIII століттях серед найпоширеніших прикрас-оберегів у слов'ян були лунниці та скроневі кільця, форма яких нагадувала молодий Місяць. Зазвичай, їх вплітали у волосся.

З Місяцем традиційно пов'язують легенди про теріантропію — перетворення людини на тварину. Найвідомішими є ті, що стосуються лікантропа, або перевертня, який черпає свою силу з Місяця та здатний переходити від своєї людської форми до своєї звірячої форми під час ночі повного місяця. Таке явище, як повне сонячне затемнення, лягало в основу міфів та легенд, пов'язаних зі зникненням Сонця, аж до XVII століття, хоча пояснення його виникнення вже було відомо вченим.

Місяць у сучасній культурі

У вексилології місяць з'являється на гербах і прапорах, таких як прапор Лаосу, Монголії та Палау. Крім того, символ півмісяця та особливо асоціація зорі та півмісяця стали емблемами Османської імперії після того, як вони стали емблемами Візантії, ці мотиви з'являються на багатьох прапорах мусульманських країн, включаючи, зокрема, Туреччину, Туніс, Алжир або Пакистан. Півмісяць також використовується у відриві від ісламу, зокрема на прапорі Сінгапуру.

У музиці Місяць є джерелом натхнення для багатьох творів. Прикладом слугують композиції класичної музики, які містять прямі посилання на нього, як-от «Місячна соната» (1802) Людвіга ван Бетховена — хоча цю назву було дано вже після смерті композитора — або частина фортепіанної сюїти Клода Дебюссі «Місячне сяйво» (1905). А також балади «Blue Moon» (1934) Річарда Роджерса та Лоренца Харта, які мали успіх у різних виконавців, і «Fly Me to the Moon», яку особливо популяризував Френк Сінатра (1964). До цього переліку варто віднести всесвітньо відому українську пісню «Ніч яка місячна», слова якої написані Михайлом Старицьким.

Також супутник є темою багатьох рок-пісень, зокрема «Bad Moon Rising» (1969) американського гурту Creedence Clearwater Revival, «Walking on the Moon» (1979) британського гурту The ​​Police та «Man on the Moon» (1992) гурту R.E.M. або альбому «The Dark Side of the Moon» (1973) гурту Pink Floyd.

Місяць як один з найбільших небесних об'єктів на небі, а також як символ таємничості і романтичності не може не надихати до творчості художників. Саме тому Місяць фігурує на багатьох картинах. Зокрема місяць присутній на полотнах українських живописців Архипа Куїнджі, Анатолія Криволапа «Синай. Схід місяця» (2008), «Місяць над рікою» (2008), «Пейзаж з місяцем» (2010), Олега Шупляка «Серпень» (2016), «Ой не світи, Місяченьку…» (2020), «Взаємне тяжіння» (2020) та Івана Марчука.

Зображення Місяця в живописі

Архип Куїнджі, «Нічне», 1905-1908

Іван Марчук, «Загорілось світло нічне», 1990

Іван Марчук, «Чари місячної ночі», 2005

Вінсент Ван Гог, «Зоряна ніч», 1889