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早期的观测者在用望远镜观察月亮后，假定其中黑暗的部分是海，而明亮的部分是大陆。这种想法是因为黑暗的部分看起来比别处平坦。这些假想的海洋于是都有了名称，例如Mare Imbrium（雨海）、Mare Sereni tati s（澄海）。这些名称虽皆出于幻想，却保留到了现在，用来称呼月亮上的黑暗部分。望远镜稍进一步的改良就证明这些暗区为海洋的想法全是空幻不实的，这些形状的不同只是由于月面物影的明暗，而月海其实是月亮上地势比较低洼的平原而已。自从探月卫星和人类登月计划以来，我们就可以身临其境，仔细瞧瞧月亮上的大小石块和著名的环形山了。现在我们已经知道，覆盖月球表面达16%的月海地形是由火山喷出的炽热的熔岩冲蚀出的，而其余大部分表面则被灰土层尘埃与流星撞击的石头碎片覆盖。
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月亮上最可注意的景物之一就是从某些点上发射出的一些明亮的光线。很一般的望远镜也可看出其中最显眼的来。在月球南极附近，第谷（T ycho）环形山旁，就是许多很美的光线散发的中心点，看上去好像月亮被敲破了而空隙充满了熔化的白色的物质，因此有人相信当年月亮上是大火山的施威场所，而今却都烟消云散了。但这些线状辐射纹的成因尚无定论，也有人认为是陨石轰击月面造成的。
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常有人问月亮上有无空气或水。早在人类登上月球之前，科学家就给出了否定的答案：假若月亮上的大气能有地上大气密度的百分之一，我们也可以通过星光从月面掠过时的折射发现其存在。可是我们一点也没有见到存在这种折光的迹象。假若月亮上有水，就一定会藏在凹处或在低处流着。假若在赤道区有这样一片水，就一定会反射太阳的光，因而会很明显地被我们看见——而月球探测器和登上月球的宇航员证实了我们在地球上得到的结论。
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以上种种似乎都想来答复另一问题——就是月亮上是否有生命存在的问题。而地球上所有的生命都必须要空气和水来维持。
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月亮上完全没有水和空气的事实造成了一种我们在地球上经历不到的情形。可以确信，月面上除了被新的太空陨石撞击之外，将永远毫无变化。地面上的一块石头永远遭受气候的折磨，于是风和水年复一年将它解散冲开，最后成为沙子和土壤——这就是所谓的风化。可是月面上并无气候变异，一块石头躺在上面可以经历若干千万年而遇不到任何一点扰害。月面当太阳照着时异常之热，而日落之后又变得非常的冷——因为没有大气层来保持温度，这温度的变化将在太阳隐去后非常短暂的时间内完成。除了这种温度的变化以及流星的撞击以外，整个月面是绝对平静无事的——个没有风、没有雨、没有四季更替、没有朝露晚霞、没有气候、除了大大小小偶尔落下的流星之外没有任何事件发生的死寂世界——这就是月亮。
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月亮的自转
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月亮是否绕轴自转这个问题在古代曾经引起过许多争论，因此我们要解释一下。人人都知道月亮永远以同一面对着我们。这说明它的自转周期跟它绕地球公转的周期是一致的。也许有人因此认为它根本不旋转。这混乱的产生是因为关于运动的概念不同。在物理学中我们这样判断一个物体是否旋转：用一根直线通过除转轴外的任何方向，如果这根直线永远不改变方向，那么我们就说这个物体不旋转。我们假想有这样一根线通过月球，如果月球不自转，那这根线就永不变方向——无论月亮在绕地球轨道中的哪一点上（如图23所示）。稍微仔细地研究一下这幅图就可以知道：如果不是月亮自己也旋转，那我们就一定会看到它全表面的各个部分的。
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图22 月亮的表面
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图23 假如月亮不自转时月亮的运动
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月亮如何引起潮汐
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住在海边的人都特别熟悉海潮的涨落。平均说来海潮的涨落规律与月亮的周日视运动相符合——高潮恰巧比月亮经过当地子午圈晚了45分钟。这就是说，如果今天月亮在天空某处时海潮涨起，以后月亮又到那一处时一定又会有高潮，天天如此，月月年年亦复如此。我们很容易理解，月亮用它加在海洋上的引力造成了这种潮汐，月亮在任何地方上面天空时就会吸引起当地的水，难懂的只是一天有两次潮，涨潮不仅在对着月亮的这边有，连地球那边背对着月亮的地方也有。关于这一问题，我们可以先温习一下我们刚才提过的关于引力的知识：引力的大小是和距离的平方成反比的。换句话说，离月亮越远的地方，受到的引力就越小。所以，地球上靠近月亮的那一面所受到的引力比较大，而背面受到的引力相对就要小一些。这个差异所产生的效果，就好像是有一种力量将地球拉扁了一样——而这扁的方向，正是正对和背对月亮的方向，也就是潮汐了。
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对于这种情形完善的解释必然会引出一些运动规律来，在这里，我们却不打算这样做。但我还是要补充一句：假如月亮加在地球上的吸引永在同一方向，几天之后，两者就要“砰”的一声，撞在一起了。可是因为月亮绕地球转，这吸引的方向便永远改变，所以一个月内也只将地球拉离其平均位置约5 000千米。
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也许又有人假定，既然月亮如此引起潮汐，那么我们就总是当月亮在子午圈上时有高潮，而月亮在地平线上时则有低潮了。事实并不如此，原因有二：首先，地球所拥有的无比巨大的水体所造成的强大惯性，将会使得潮汐现象相对月亮位置的变化有一个延迟现象。这潮汐运动在月亮离开子午圈后还要继续下去——这正像一块石子离开手后还向上冲去，而波浪也被水的动力推向高于水平面的岸上一样。另一原因是大陆的隔断。海潮遇上大陆就按大陆情形而改变方向，但由一点转向另一点又需要长时间。因此我们比较各地潮汐时就会发现其并不规则了。但是通常，这个延迟的时间等于我们刚才提到过的45分钟。
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太阳也同月亮一样要引起潮汐，但作用比较小——有兴趣的读者可以根据我们曾经给出的数据和方法，按照引力的平方规律来算出太阳和月亮引潮能力的不同。值得一提的是，新月和满月时，这两者在一条线上合力吸引，因此有最高潮和最低潮。这些是所有住在海滨的人都熟悉的，他们叫做“大潮”（spring tides）。在上弦和下弦时，太阳的吸引抵消了部分月亮的吸引，因此潮既不涨得极高也不落得极低，这就叫做“小潮”了（neap tides）。
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图24 月亮如何每日引起两次潮汐
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通俗天文学：和大师一起与宇宙对话（全彩四色珍藏版） [:1700937102]
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第五章 月食
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月食是月亮进入了地球的阴影中。日食则是因为月亮在太阳与我们之间经过。我们以下就要说明这些现象中的最有趣的几方面以及其发生的规律。
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为什么不是每次满月都有月食呢？地球的阴影当然永远在背对着太阳的一面，可是满月的月亮却有时在阴影上有时在阴影下经过，因此不会被蚀。这是因为月亮的轨道面对黄道平面约有5度的倾斜，地球却正在黄道平面上运行而其阴影中心也正投在那儿。再回到我们从前的假想，把黄道在天球上画出来，再进一步假定把月亮在天球上运行的视轨迹（白道）也画出来。我们那时就会发现月亮的轨道与太阳轨道在相对的两点相交，其交角只有5度。这两点叫做“交点”（nodes）。在一交点上月亮由下面移到了上面，或者说是从黄道南移到了黄道北。这一点叫做“升交点”（ascending node）。在另一点上月亮则是由北而南，这一点叫做“降交点”（descending node）。
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因为太阳比地球大，地球的阴影（指本影）呈一个锥顶伸向远处的圆锥体。在地球身后地月距离处（即正对地球身后的月球轨道处），锥体阴影的截面直径约有地球的3/4，也就是说约9 600千米。又因为阴影中心是在黄道平面上，在地球正身后的月球轨道处，所以阴影就只能在黄道面上下各遮掩4 800千米。而在两交点之间，月球轨道偏离黄道面最远的两点与黄道平面的距离约为地月距离的1/12，就是说约有32 000千米。所以月亮只有在到了两交点附近，同时又正好处于地球身后时，才能进入地球的阴影区。
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