1. Физические условия на Луне уникальны. Она практически лишена атмосферы, что можно объяснить тем, что маленькие небесные тела, подобные Луне, не способны удерживать атмосферу на протяжении длительного времени. Даже при скорости 2,38 км/с (вторая космическая скорость для Луны), молекулы газа могут легко покинуть её поверхность.
Более того, на поверхности Луны отсутствует вода. Если бы она была наличествовала, то вокруг Луны образовалась бы газовая оболочка, но она быстро бы рассеялась. Тем не менее, недавние полеты АМС «Клементина» в конце 90-х годов привели к предположению, что под поверхностью некоторых кратеров могут находиться значительные запасы льда.
Интересно, что на Луне можно наблюдать те же созвездия, что и с Земли. Благодаря отсутствию атмосферы, яркие звезды и планеты видны даже днем. Именно поэтому космонавты могут ориентироваться на Луне по звездам как днем, так и ночью. Эта навигация имеет особое значение, учитывая, что магнитный компас на Луне бесполезен, так как у неё нет магнитного поля, аналогичного земному.
Сам Меркурий и Венера наблюдаемы с Луны, даже находясь в непосредственной близости от Солнца. Однако настоящим украшением небес на Луне является наша собственная Земля, диск которой примерно в 3,5 раза больше солнечного диска.
В течение лунного дня, который длится около двух земных недель, поверхность Луны подвергается сильному нагреванию, а затем охлаждается в ночное время (протяженность ночи на Луне также составляет почти две земные недели). Отсутствие атмосферы на Луне приводит к резким колебаниям температуры в течение лунных суток. В районе «подсолнечной» точки, где Солнце днем находится в зените, температура поднимается выше 400 K (+130 °C). На противоположной стороне Луны, близ «антисолнечной» точки, поверхность Луны охлаждается почти до 100 K (-170 °C). Таким образом, за одни лунные сутки (что соответствует 29,5 земным суткам), температура меняется на 300 K. Резкие изменения температуры касаются исключительно поверхности Луны. На глубине нескольких десятков сантиметров температура в течение лунных суток практически не изменяется. Это объясняется низкой теплопроводностью лунного грунта, который не успевает прогреться днем или остыть ночью.
Следует отметить, что сейчас Луна всегда обращена к Земле одной стороной. Так было не всегда. Миллиарды лет назад Луна находилась ближе к Земле, а периоды вращения Земли и обращения Луны вокруг нее длились всего несколько часов. На текущем этапе эволюции системы «Земля — Луна» период вращения Луны совпал с периодом ее обращения. Это привело к двум важным последствиям. Во-первых, продолжительность солнечных суток на Луне равна синодическому месяцу (день и ночь на Луне длятся почти по две земные недели). Во-вторых, Луна всегда обращена к Земле одним и тем же полушарием (мы с Земли видим всегда одну и ту же сторону Луны).
2. Поверхность Луны представлена различными участками, которые можно наблюдать даже невооруженным глазом. Можно выделить обширные темные участки, называемые «морями», и светлые участки, представляющие собой «материки». Несмотря на отсутствие воды в лунных морях, научное сообщество сохранило привычные названия, предложенные еще в XVII веке. Моря представляют собой относительно ровные участки лунной поверхности, покрытые темным веществом, в то время как материки представляют собой более гористые районы.
На видимой стороне Луны преобладают кольцевые структуры, известные как кратеры. Количество кратеров с диаметром более 1 км достигает примерно 300 000. Некоторые из них имеют диаметры более 200 км. Большинство крупных лунных кратеров характеризуются ровным дном, часто с центральной вершиной.
Многие лунные моря окаймлены длинными горными хребтами, которые были названы в честь земных горных систем, таких как Кавказ, Альпы, Пиренеи и другие.
В полнолуние в маленьком телескопе или бинокле хорошо видны различные лунные образования, такие как Океан Бурь, Море Дождей, Море Ясности, а также кратеры, такие как Тихо, Коперник и Кеплер, от которых исходят длинные лучевые системы. В других фазах Луны, особенно вблизи «терминатора» — границы между освещенной и неосвещенной частями поверхности Луны, кратеры обычно выделяются особенно четко.
Исследование обратной стороны Луны началось с момента, когда автоматическая станция «Луна-3» впервые в истории сфотографировала эту сторону Луны 7 октября 1959 года. Примерно через шесть лет, в июле 1965 года, ещё одна наша межпланетная автоматическая станция «Зонд-3», находясь на гелиоцентрической орбите, передала новые фотографии. Благодаря этим снимкам удалось охватить почти все области обратной стороны Луны, которые не попали в поле зрения фототелевизионных устройств «Луны-3». Полученные изображения послужили основой для создания карт и атласов обратной стороны Луны, а также полных карт, охватывающих практически всю её поверхность.
На невидимом с Земли полушарии Луны преобладают материки. Например, средний диаметр крупного моря, как Море Москвы, достигает 460 км. Кроме того, на обратной стороне Луны встречаются многочисленные кратеры, которым присвоены имена выдающихся деятелей науки, таких как Ломоносов, Джордано Бруно, Циолковский, Жолио-Кюри и других. Часто кратеры образуют длинные цепочки, простирающиеся на сотни километров. Там же располагается самый крупный кратер с диаметром около 2500 км и глубиной 12 км. Вероятно, это самый большой кратер во всей Солнечной системе.
Большинство мелких и средних лунных кратеров образовались в результате падения метеоритов, которые при столкновении с поверхностью Луны обладали такой кинетической энергией, что вызывали взрыв. Это приводило к разрушению метеорита и выбросу лунного грунта в разные стороны от места взрыва, формируя первичные кратеры. Количество этих кратеров на определенном участке лунной поверхности свидетельствует о возрасте этого участка. Крупные камни, выброшенные при образовании первичных кратеров, могут создавать вторичные кратеры при падении на поверхность Луны. Вероятно, лучевые системы, которые так хорошо видны в полнолуние у некоторых крупных молодых кратеров, состоят из таких вторичных кратеров. Следует отметить, что образование крупных кратеров, вероятно, связано с древней вулканической активностью, характерной для отдаленного прошлого Луны.
3. Лунные породы. Благодаря мягким посадкам автоматических станций на Луну, а также полетам американских астронавтов, нам стали известны механические свойства лунного грунта и его химический состав. Несмотря на отсутствие толстого слоя пыли, который беспокоил многих конструкторов лунных модулей, пыль на Луне присутствует. Её оттенок темно-серый, и она визуально напоминает цемент.
Образцы лунных пород имеют схожий внешний вид с земными базальтами, извергнутыми из вулканов. В их состав входят хорошо известные химические элементы, такие как кремний (Si), алюминий (Al), железо (Fe), кальций (Ca), магний (Mg) и другие. Однако в лунных породах присутствуют большие количества тугоплавких элементов, таких как титан (Ti), цирконий (Zr), стронций (Sr) и другие, а меньше легкоплавких элементов, вроде калия (K), натрия (Na) и других. Химический состав поверхности Луны различается в разных участках.
В реголите, поверхностном слое Луны, содержатся осколки магматических пород и частицы с оплавленными гранями, имеющие шлакообразную структуру. Многие образцы выглядят так, словно они были обработаны под воздействием песчаных потоков. Эти признаки говорят о том, что эти породы долгое время подвергались своеобразной эрозии, вызванной ударами мелких метеоритов и постоянным потоком частиц, исходящих от Солнца.
Из-за отсутствия воды на Луне, минералов здесь значительно меньше, чем на Земле. На Луне не обнаружено микроорганизмов.
Лунные породы являются очень древними — их возраст составляет примерно 4 миллиарда лет. Наиболее «молодыми» из них (возраст немного более 3 миллиардов лет) оказались образцы, доставленные из морских районов. Эпоха активного вулканизма на Луне давно завершилась. С течением времени интенсивность метеоритной бомбардировки поверхности Луны уменьшалась. Эти процессы привели к тому, что в течение последних 2-3 миллиардов лет облик Луны практически не изменился. В отличие от Земли, где древний рельеф под воздействием воды и воздуха не сохранился.
Сейчас на Луне продолжают происходить лунотрясения, напоминающие слабые землетрясения. Они регистрируются сейсмографами, установленными астронавтами. Эти данные позволили исследовать внутреннее строение Луны, выявив кору (толщиной около 60 км), мантию (до 1000 км) и ядро (радиус около 750 км).
