La distancia media a la Luna es de 384.401 kilómetros. Esta distancia es aproximadamente 10 veces la circunferencia de la Tierra en el ecuador. La órbita de la Luna es elíptica, con una distancia media de 363.300 kilómetros desde el perigeo y 405.500 kilómetros desde el apogeo. El diámetro de la Luna es de 3476 kilómetros, aproximadamente 3/11 del diámetro de la Tierra. La superficie de la luna es aproximadamente 1/14 de la superficie de la Tierra, un poco más pequeña que la de Asia. El tamaño de la Luna es sólo 1/49 del tamaño de la Tierra. La masa de la Luna es aproximadamente 1/81,3 de la masa de la Tierra. La densidad media del material lunar es de 3,34 gramos por centímetro cúbico, que es sólo 3/5 de la densidad de la Tierra. La aceleración gravitacional de un objeto en caída libre sobre la superficie de la Luna es 1/6 de la aceleración gravitacional sobre la superficie terrestre. La velocidad de escape en la Luna es de aproximadamente 2,4 kilómetros por segundo, que es aproximadamente 1/5 de la velocidad de escape en la Tierra.
La Luna realiza un movimiento elíptico alrededor de la Tierra y, al mismo tiempo, la Tierra orbita alrededor del Sol una vez al año. La luna no sólo se ve afectada por la gravedad de la Tierra, sino también por la gravedad del Sol, por lo que tiene un movimiento orbital muy complejo. La luna en sí no es luminosa ni transparente, pero refleja la luz del sol. Debido a que las posiciones relativas del Sol, la Tierra y la Luna cambian constantemente, la parte iluminada de la Luna vista por los observadores en la Tierra también cambia constantemente, lo que resulta en diferentes formas visuales. Esto se llama fase lunar. Las fases de la luna cambian regularmente. La periodicidad de las fases de la luna proporciona a las personas una medida del tiempo. El calendario lunar o lunar se basa en las fases de la luna, a partir de las cuales evolucionaron los días de la semana.
Desde la antigüedad se sabe que la Luna siempre mira en la misma dirección que la Tierra. Esto se debe a que el período de rotación de la Luna es exactamente igual al período de rotación de la Luna alrededor de la Tierra, y los mismos dos períodos son el resultado de efectos de marea a largo plazo.
El ángulo de inclinación entre el plano ecuatorial de la Luna y su plano orbital es de 6 grados y 41 minutos. Debido a la existencia de este ángulo de inclinación y a la velocidad desigual de la luna, los observadores en un determinado punto de la Tierra todavía pueden ver el borde de la luna balanceándose hacia adelante y hacia atrás durante el movimiento de la luna. Observada desde la Tierra, no solo se puede ver la mitad de la Luna, sino que también se puede ver el 59% de la Luna y el 41% restante no se puede ver directamente.
La forma de la Luna también es una esfera achatada, ligeramente más plana en los polos norte y sur, y ligeramente más alta en el ecuador. Su radio polar promedio es 500 metros más corto que su radio ecuatorial. Los polos también son asimétricos: la región ártica se eleva y la región antártica se hunde unos 400 metros. El centro de gravedad de la luna no coincide con el centro geométrico y el centro de gravedad está a 2 kilómetros de la tierra. Esta conclusión ha sido confirmada por los datos obtenidos de los alunizajes del Apolo.
En la Luna hay montañas onduladas y picos densos. Además, existen varios nombres característicos como océano, mar, bahía, lago, etc. De hecho, no hay agua en la luna. Es solo que en los primeros años, los observadores tomaron prestado el nombre de la Tierra basándose en su imaginación y, como mucho, había algunas similitudes morfológicas.
La característica más obvia de la Luna es el cráter, que generalmente hace referencia a una estructura similar a un hoyo en forma de cuenco. Los más grandes pueden tener un diámetro de más de 100 kilómetros, mientras que los más pequeños no son más que fosos. Hay más de 30.000 cráteres con un diámetro superior a 1 km, lo que representa entre el 7 y el 10% de la superficie de la luna. La mayoría de los cráteres llevan el nombre de astrónomos famosos u otros eruditos. Hay cuatro cráteres en la cara oculta de la Luna, que llevan el nombre de los antiguos astrónomos chinos Shi Shen, Zhang Heng, Zu Chongzhi y Guo Shoujing. Los cráteres más grandes de la Luna son: el cráter Bailey cerca del Polo Sur, con un diámetro de 295 kilómetros; el cráter Cracovia, con un diámetro de 233 kilómetros; el cráter Newton, con un diámetro de 230 kilómetros. La zona central de muchos cráteres tiene un pico central o grupo de picos centrales, que tiene 2,5 kilómetros de altura.
Las manchas oscuras en la superficie de la luna visibles a simple vista se llaman "maria lunar", que es una llanura sin fin. En la cara oculta de la Luna, el área de los mares lunares ocupa aproximadamente la mitad de toda la superficie del hemisferio. Hay 22 mares lunares conocidos (incluido el lado oculto), el mayor de los cuales se llama Mare tempestus y cubre un área de aproximadamente 5 millones de kilómetros cuadrados. Yuhai cubre un área de aproximadamente 900.000 kilómetros cuadrados. El Mar de la Tranquilidad en el centro de la Luna cubre un área de aproximadamente 260.000 kilómetros cuadrados. Además, los más grandes son Chenghai, Fengfuhai, Weihai y Haiyun. La mayor parte del mar lunar es circular y cerrado, rodeado de montañas por todos lados. Algunos mares que se extienden hacia la tierra se llaman bahías, mientras que los mares más pequeños se llaman lagos.
La tierra de la Luna es una zona más alta que el océano de la Luna, generalmente de 2 a 3 kilómetros más arriba. La masa lunar está compuesta principalmente de plagioclasa de color claro con alto albedo. En la cara oculta de la Luna, la superficie terrestre es aproximadamente igual a la superficie del mar, mientras que en la cara oculta, la superficie terrestre es mayor. Según la datación isotópica, la edad de formación de la superficie lunar es de 4.600 millones de años, es decir, antes que los mares lunares.
También hay algunas montañas en la luna, la mayoría de las cuales llevan nombres de montañas de la Tierra, como los Apeninos, las montañas del Cáucaso y los Alpes. La cadena montañosa más larga tiene 1.000 kilómetros de largo y suele estar entre 3 y 4 kilómetros más alta que el mar lunar. El pico más alto está cerca del polo sur de la luna y alcanza una altura de 9.000 metros, que es más alto que el Monte Everest, la montaña más alta de la Tierra. Además de las montañas, hay cientos de kilómetros de acantilados, los más largos de los cuales son los acantilados de Altai.
Hay algunos patrones de radiación en la superficie lunar, típicamente alrededor de los cráteres Tycho y Copernicus. El cráter Tycho tiene 12 líneas radiales, que se extienden radialmente hacia afuera desde la periferia exterior del cráter. La más larga tiene 1800 km. Se pueden ver con mayor claridad durante la luna llena. No hay ninguna conclusión sobre su causa: algunos dicen que fue causada por erupciones volcánicas; otros piensan que fue causada por meteoritos que bombardearon la luna.
Observaciones astronómicas a largo plazo y visitas directas a la luna han confirmado que no existe un campo magnético obvio alrededor de la luna. La intensidad del campo magnético de la Luna es inferior a 1/1000 del campo magnético de la Tierra. En la Luna no hay cinturones de radiación como en la Tierra y Júpiter. No hay agua de ningún tipo en la Luna, ni atmósfera alguna, y es casi un vacío. Según la detección de la luna por cohetes, hay 12 áreas de gravedad anormal en la parte frontal de la luna, llamadas "tumores de gravedad" o "tumores de masa". La mayor parte de la superficie de la Luna está cubierta por una capa de distintos espesores de polvo y escombros lunares.
La luna no tiene una capa protectora como la atmósfera terrestre. La superficie lunar se ve impactada directamente por meteoritos, lo que afectará hasta cierto punto la composición química, el tamaño de los fragmentos, el contenido de vidrio y el grado de recristalización de las rocas lunares. medida. En los primeros días de la luna, se produjeron erupciones volcánicas generalizadas que arrojaron grandes cantidades de lodo fundido, formando así vastas llanuras de lava en la luna.
La luna por sí sola no emite luz, sólo refleja la luz del sol. Su brillo varía con la distancia angular entre el Sol y la Luna y la distancia entre la Tierra y la Luna. Su brillo medio es 1/465.000 el del Sol, y su brillo varía de 1/630.000 a 1/375.000. El brillo promedio de una luna llena es de magnitud -12,7. La iluminación media que proporciona a la Tierra equivale a la iluminación de una lámpara eléctrica de 100 vatios a una distancia de 21 metros. La superficie lunar no es muy buen reflector. Su albedo promedio es sólo del 7% y el otro 93% es absorbido por la luna. El albedo en el mar de Guangdong es aún menor, alrededor del 6%. El albedo de las tierras altas y los cráteres lunares es del 17%, lo que hace que las montañas parezcan más brillantes que los mares lunares.
Dado que en la Luna no hay atmósfera, la capacidad calorífica y la conductividad térmica del material lunar son muy bajas, por lo que la diferencia de temperatura entre el día y la noche en la superficie lunar es grande. Durante el día, cuando el sol brilla verticalmente, la temperatura alcanza los 127 grados centígrados. Las temperaturas nocturnas pueden descender hasta los 183 grados centígrados bajo cero. Estos valores sólo representan la temperatura de la superficie lunar. La temperatura en el suelo lunar se puede medir mediante observaciones de radio. Cuanto más larga sea la longitud de onda de las ondas de radio utilizadas, más profundamente se podrá detectar la temperatura en el suelo lunar. Esta medición muestra que la temperatura en el suelo profundo de la superficie lunar rara vez cambia, precisamente debido a la baja conductividad térmica del material de la superficie lunar.
A partir de la propagación de las ondas sísmicas lunares, sabemos que la Luna también tiene estructuras en capas como la corteza, el manto y el núcleo. La corteza lunar más externa tiene entre 60 y 65 kilómetros de espesor. Debajo de la corteza lunar, a una profundidad de 1.000 kilómetros, se encuentra el manto lunar, que representa la mayor parte del volumen de la Luna. Debajo del manto lunar se encuentra el núcleo lunar. La temperatura del núcleo de la luna es de unos 1000 grados Celsius y es probable que esté en estado fundido.
La estructura de la cara oculta de la Luna es muy diferente a la de la cara frontal. El Mar de la Luna ocupa un área pequeña y tiene muchos cráteres. El terreno es desigual. Los radios más largo y más corto de la luna se encuentran en la cara oculta. Algunos lugares son 4 kilómetros más largos que el radio promedio de la luna y otros son 5 kilómetros más cortos (como la depresión de Van de Graaf). No se encontraron "bultos" en la espalda. La corteza lunar en la parte posterior es más gruesa que la anterior, alcanzando el punto más grueso los 150 kilómetros, mientras que el espesor de la corteza lunar en la parte frontal es sólo de unos 60 kilómetros.
Existen diferentes opiniones sobre el origen de la luna. Hay tres hipótesis principales, a saber, la teoría de la captura, la teoría de la división y la teoría de la homología.
Teoría de captura: La luna puede ser un asteroide que orbita cerca de la tierra, y luego fue capturado por la tierra y se convirtió en un satélite de la tierra. Debido a que la densidad promedio y la composición química de la Luna y la Tierra son muy diferentes, es posible que se haya formado a partir de diferentes materiales en diferentes partes de la protonebula solar. Por otro lado, la densidad media de la Luna es muy cercana a la de los meteoritos y asteroides. Por tanto, es muy probable que el asteroide fuera capturado por la Tierra porque se encontraba cerca de la Tierra en su órbita. Algunas personas creen que este evento ocurrió hace 3.500 millones de años y que todo el proceso tomó 500 millones de años. Después de que la Luna fue capturada por la Tierra, debido a la fuerza de marea de la Tierra, la Luna expulsó una gran cantidad de magma, formando basalto lunar.
Teoría de la división: En los primeros días de la formación del sistema solar, la Tierra y la Luna eran originalmente un todo. En ese momento, la Tierra todavía estaba en estado fundido y su velocidad de rotación era muy rápida, con un período de rotación de sólo unas 4 horas. Por lo tanto, el período de acción de las mareas del sol sobre la Tierra en este momento es de 2 horas. Este período es exactamente igual al período de oscilación libre de la Tierra, provocando resonancia, formando una serie de cuerpos de expansión alargados en el plano ecuatorial y finalmente dividiéndose para formar la Luna. El Océano Pacífico es un remanente de la desintegración de la Luna. Según los cálculos, el momento angular total del sistema Tierra-Luna, incluso con la pérdida de momento angular a lo largo de miles de millones de años, no es suficiente para separar la Tierra y la Luna. Y la posición de la luna no está en el plano ecuatorial de la tierra. Estos hechos son divergentes y difíciles de explicar.
Teoría de la homología: La Tierra y la Luna se formaron a partir de la misma nube de polvo planetario. Sus densidades promedio y composiciones químicas son diferentes porque las partículas metálicas en la nebulosa original se condensaron mucho antes de que se formaran los planetas. Cuando la Tierra formó un planeta, el hierro fue el componente principal desde el principio y el hierro fue el núcleo. La Luna se formó después de la formación de la Tierra y está compuesta por los materiales no metálicos que quedan alrededor de la Tierra. Estas tres hipótesis sobre la formación de la luna pueden explicar más o menos hechos básicos como la composición, densidad, estructura y órbita de la luna. Aparte de la teoría de la escisión, todavía no hay ninguna conclusión sobre si es más razonable la teoría de la captura o la teoría de la homología.
Según estudios de varios modelos de historia térmica de la Luna, toda la Luna ha experimentado múltiples derretimientos locales. En las primeras etapas de la formación de la luna, la mayor parte de la temperatura de la luna alcanzó los 1.000 grados Celsius. Hace 465.438 millones de años se produjo un movimiento de magma a gran escala en la Luna. Durante el proceso de separación del magma, se formó una corteza lunar compuesta de plagioclasa, y la parte restante se convirtió en el terreno elevado de la superficie lunar. Después de consolidarse en la superficie lunar, se fundió localmente a mayor profundidad y se formó sienita fundida. Los basaltos no lunares ricos en elementos radiactivos y refractarios se formaron hace unos 4 mil millones de años. Las tierras altas de plagioclasa han estado expuestas en la superficie lunar durante mucho tiempo y han sido impactadas continuamente por materiales de meteoritos, por lo que se han recortado entre 1,5 y 2 km. En las tierras altas se han desarrollado una gran cantidad de antiguos cráteres de impacto. Posteriormente, las tierras altas fueron cortadas y destruidas por una serie de fallas. Hace entre 4.100 y 3.900 millones de años, la Luna fue golpeada por varios meteoritos de gran tamaño, lo que dio lugar a numerosas cuencas marías, es decir, estructuras de anillos de gran escala, la más típica de las cuales es el evento Mare Imbrium. Tanto la Luna como sus océanos se formaron en momentos similares. El orden general de formación del mar lunar es: mar de vino, mar de Cheng, mar de humedad, mar de peligro y mar de lluvia. Los mares lunares formados durante el período Yuhai estaban llenos y cubiertos por basalto que hizo erupción en el período posterior hace aproximadamente 3,9 a 3,65438 millones de años. Según la datación isotópica, la secuencia de tiempo de llenado aproximada es: Yuhai West, Yuhaidong, Shihai, Weihai, Yuhai, Jinghai, Fenghai, Chenghai y Storm Ocean. Desde entonces, básicamente se ha formado el contorno de la superficie lunar. Durante más de 365.438 mil millones de años, la evolución del interior de la Luna ha estado en un estado "estancado", y las fuerzas externas han desempeñado un papel destacado en la historia de la evolución de la Luna. Los meteoritos impactan la superficie lunar, provocando la formación y el crecimiento de cráteres lunares. El patrón de radiación de los cráteres de radiación formados durante el período solar de Erato ha pasado a ser discreto o ha desaparecido debido a diversos efectos en la superficie de la luna; los cráteres lunares formados por Copérnico tienen patrones de radiación obvios.