Mặt Trăng

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Mặt Trăng (tiếng Latin: Luna, ký hiệu bởi hình Unicode: ☾) là vệ tinh tự nhiên duy nhất của Trái Đất và là vệ tinh tự nhiên lớn thứ năm trong Hệ Mặt Trời.

Khoảng cách từ tâm tới tâm giữa Trái Đất và Mặt Trăng là 384.403 km, khoảng 30 lần đường kính Trái Đất. Đường kính Mặt Trăng là 3.474 km^[1], hơi nhỏ hơn một phần tư đường kính Trái Đất. Điều này có nghĩa khối lượng Mặt Trăng khoảng bằng 2 phần trăm khối lượng Trái Đất và lực hút hấp dẫn tại bề mặt Mặt Trăng bằng 17 phần trăm lực hấp dẫn trên bề mặt Trái Đất. Mặt Trăng thực hiện hết một vòng quỹ đạo quanh Trái Đất trong 27,3 ngày (giai đoạn quỹ đạo), và các biến đổi định kỳ trong hình học hệ Trái Đất-Mặt Trăng–Mặt Trời là nguyên nhân gây ra các pha mặt trăng lặp lại sau mỗi 29,5 ngày (giai đoạn giao hội).

Mặt Trăng là vật thể vũ trụ duy nhất đã từng được con người đặt chân tới. Vật thể nhân tạo đầu tiên thoát khỏi lực hấp dẫn Trái Đất tới gần Mặt Trăng là Luna 1 của Liên bang Xô viết, vật thể nhân tạo đầu tiên lao xuống bề mặt Mặt Trăng là Luna 2, và những bức ảnh đầu tiên về phần bề mặt phía sau của Mặt Trăng đã được Luna 3 chụp, tất cả đều diễn ra năm 1959. Tàu vũ trụ đầu tiên thực hiện hạ cánh thành công là Luna 9, và tàu vũ trụ không người lái đầu tiên bay quanh Mặt Trăng là Luna 10, cả hai đều diễn ra năm 1966^[1]. Chương trình Apollo của Hoa Kỳ đã thực hiện được những cuộc đổ bộ duy nhất của con người xuống Mặt Trăng cho tới thời điểm này, tổng cộng gồm sáu lần hạ cánh trong giai đoạn từ 1969 tới 1972. Việc thám hiểm Mặt Trăng của loài người đã dừng lại với sự chấm dứt của chương trình Apollo, dù nhiều quốc gia đã thông báo các kế hoạch gửi người hay tàu vũ trụ robot tới Mặt Trăng.

[sửa] Tên gọi và từ nguyên

Không giống như vệ tinh của những hành tinh khác, Mặt Trăng -vệ tinh của Trái Đất- không có tên riêng nào khác trong tiếng Anh ngoài cái tên "the Moon" (viết hoa^[2]).

Từ moon ("mặt trăng" trong tiếng Anh) là một từ thuộc nhóm ngôn ngữ gốc Đức, liên quan tới từ mensis trong tiếng Latin; từ này lại xuất phát từ gốc me- trong ngôn ngữ Ấn-Âu nguyên thủy (Proto-Indo-European), cũng xuất hiện trong measure (đo lường)^[3] (thời gian), với sự gợi nhớ tới tầm quan trọng của nó trong việc đo đạc thời gian trong những từ có nguồn gốc từ nó như Monday ("thứ Hai" trong tiếng Anh), month ("tháng" trong tiếng Anh) và menstrual (hàng tháng). Trong tiếng Anh, từ moon chỉ có nghĩa "mặt trăng" cho tới tận năm 1665, khi nó được mở rộng nghĩa để chỉ những vệ tinh tự nhiên mới được khám phá của các hành tinh khác^[3]. Mặt Trăng thỉnh thoảng cũng được gọi theo tên tiếng Latin của nó, Luna, để phân biệt với các vệ tinh tự nhiên khác; tính từ có liên quan là lunar và một tiền tố tính từ seleno- hay hậu tố -selene (theo vị thần Hy Lạp Selene.

[sửa] Bề mặt Mặt Trăng

Bài chi tiết: Địa lý học Mặt Trăng

[sửa] Hai phía Mặt Trăng

Mặt Trăng nằm trên quỹ đạo quay đồng bộ, có nghĩa là nó hầu như giữ nguyên một mặt hướng về Trái Đất ở tất cả mọi thời gian. Buổi đầu mới hình thành, Mặt Trăng quay chậm dần và bị khoá ở vị trí hiện tại vì những hiệu ứng ma sát xuất hiện cùng hiện tượng biến dạng thuỷ triều do Trái Đất gây ra^[4].

Từ đã rất lâu khi Mặt Trăng còn quay nhanh hơn hiện tại rất nhiều, bướu thuỷ triều của nó chạy trước đường nối Trái Đất-Mặt Trăng bởi nó không thể làm xẹp bướu đủ nhanh để giữ bướu này luôn ở trên đường thẳng đó^[5]. Lực quay khiến bướu luôn vượt quá đường nối này. Hiện tượng này gây ra mô men xoắn, làm giảm tốc độ quay của Mặt Trăng, như một lực vặn siết chặt đai ốc. Khi tốc độ quay của Mặt Trăng giảm xuống đủ để cân bằng với tốc độ quỹ đạo của nó, khi ấy bướu luôn hướng về phía Trái Đất, bướu nằm trên đường thẳng nối Trái Đất-Mặt Trăng, và lực xoắn biến mất. Điều này giải thích tại sao Mặt Trăng quay với tốc độ bằng tốc độ quỹ đạo và chúng ta luôn chỉ nhìn thấy một phía của Mặt Trăng.

Sự đu đưa của Mặt Trăng

Các biến đổi nhỏ (đu đưa) trong góc quan sát cho phép chúng ta nhìn thấy được khoảng 59% bề mặt Mặt Trăng (nhưng luôn chỉ là một nửa ở một thời điểm)^[1].

Phần bề mặt nhìn thấy được của Mặt Trăng		Phần bề mặt không nhìn thấy được của Mặt Trăng

Mặt quay về phía Trái Đất được gọi là phần nhìn thấy, và phía đối diện được gọi là phần không nhìn thấy. Phần không nhìn thấy thỉnh thoảng còn được gọi là "phần tối," nhưng trên thực tế nó cũng được chiếu sáng thường xuyên như phần nhìn thấy: một lần trong mỗi ngày Mặt Trăng, trong tuần trăng mới chúng ta quan sát nó từ Trái Đất khi phần không nhìn thấy đang tối. Phần không nhìn thấy của Mặt Trăng lần đầu tiên được tàu thăm dò Xô Viết Luna 3 chụp ảnh năm 1959. Một đặc điểm phân biệt của phần không nhìn thấy được là nó hầu như không có "các vùng tối Mặt Trăng".

[sửa] Các vùng tối trên Mặt Trăng

Bài chi tiết: Vùng tối trên Mặt Trăng

Các đồng bằng tối và hầu như không có đặc điểm riêng trên Mặt Trăng có thể được nhìn thấy rõ bằng mặt thường được gọi là "các vùng tối", từ tiếng Latin (mare) có nghĩa là "biển", bởi chúng được các nhà thiên văn học cổ đại cho là những nơi chứa đầy nước. Hiện chúng đã được biết chỉ là những bề dung nham basalt cổ lớn đã đông đặc. Đa số các dung nham này đã được phun ra hay chảy vào những chỗ lõm hình thành nên sau các vụ va chạm thiên thạch hay sao chổi vào bề mặt Mặt Trăng. (Oceanus Procellarum là trường hợp khác bởi nó không được hình thành do va chạm). Các biển xuất hiện dày đặc phía bề mặt nhìn thấy được của Mặt Trăng, phía không nhìn thấy có rất ít biển và chúng chỉ chiếm khoảng 2% bề mặt^[6], so với khoảng 31% ở phía đối diện^[1]. Cách giải thích có vẻ đúng đắn nhất cho sự khác biệt này liên quan tới sự tập trung cao của các yếu tố sinh nhiệt phía bề mặt nhìn thấy được, như đã được thể hiện bởi các bản đồ địa hóa học có được từ những máy quang phổ tia gamma^[7][8]. Nhiều vùng có chứa những núi lửa hình vòng cung (shield vocano) và núi xuất hiện bên trong các biển ở phía có thể nhìn thấy^[9].

[sửa] Terrae

Các vùng có màu sáng trên Mặt Trăng được gọi là terrae, hay theo cách thông thường hơn là các "cao nguyên", bởi chúng cao hơn hầu hết các biển. Nhiều rặng núi cao ở phía bề mặt nhìn thấy được chạy dọc theo bờ ngoài các vùng trũng do va chạm lớn, nhiều vùng trũng này đã được basalt lấp kín. Chúng được cho là các tàn tích còn lại của các vòng tròn bên ngoài của vùng trũng do va chạm^[10]. Không giống Trái Đất, không một ngọn núi lớn nào trên Mặt Trăng được cho là được hình thành từ các sự kiện kiến tạo^[11].

Các bức ảnh được chụp bởi phi vụ Clementine năm 1994 cho thấy bốn vùng núi thuộc vòng tròn núi lửa Peary rộng 73 km tại cực bắc Mặt Trăng luôn được chiếu sáng trong cả ngày Mặt Trăng. Những đỉnh sáng vĩnh cửu này có thể bởi độ nghiêng trục rất nhỏ trên mặt phẳng hoàng đạo của Mặt Trăng. Không vùng sáng vĩnh cửu nào được phát hiện ở phía cực nam, dù vòng tròn của núi lửa Shackleton được chiếu sáng khoảng 80% trong ngày Mặt Trăng. Một hậu quả khác từ việc Mặt Trăng có độ nghiêng trục nhỏ là một số vùng đáy của các núi lửa cực luôn ở trong bóng tối^[12].

[sửa] Miệng núi lửa do va chạm

Núi lửa Daedalus ở phía mặt không nhìn thấy được

Bề mặt Mặt Trăng cho thấy bằng chứng rõ ràng rằng nó đã bị ảnh hưởng nhiều bởi các sự kiện va chạm thiên thạch^[13]. Các núi lửa do va chạm hình thành khi các thiên thạch và sao chổi va chạm vào bề mặt Mặt Trăng, và nói chung có khoảng nửa triệu núi lửa với đường kính hơn 1 km. Bởi các núi lửa do va chạm hình thành với tỷ lệ bất biến, số lượng miệng núi lửa trên một đơn vị diện tích có thể được sử dụng để ước tính tuổi của bề mặt (xem Đếm miệng núi lửa). Vì không có khí quyển, thời tiết và các hoạt động địa lý gần đây nên nhiều miệng núi lửa được bảo tồn trong trạng thái khá tốt so với những miệng núi lửa va chạm trên bề mặt Trái Đất.

Miệng núi lửa lớn nhất trên Mặt Trăng, cũng là miệng núi lửa lớn nhất đã được biết trong Hệ Mặt Trời, là Vùng trũng Nam cực-Aitken. Vùng này nằm ở phía bề mặt không nhìn thấy, giữa Nam Cực và Xích đạo, và có đường kính khoảng 2.240 km và sâu 13 km^[14]. Các vùng trũng va chạm lớn ở phía bề mặt nhìn thấy được gồm Imbrium, Serenitatis, Crisium và Nectaris.

[sửa] Regolith

Bao trùm phía ngoài bề mặt Mặt Trăng là một lớp bụi rất mịn (vật chất vỡ thành các phần tử rất nhỏ) và lớp bề mặt vỡ vụn do va chạm này được gọi là regolith. Bởi regolith được hình thành từ các quá trình va chạm, regolith của các bề mặt già hơn thường dày hơn tại các nơi bề mặt trẻ khác. Đặc biệt, người ta đã ước tính rằng regolith có độ dày thay đổi từ khoảng 3–5 m tại các biển, và khoảng 10–20 m trên các cao nguyên^[15]. Bên dưới lớp regolith mịn là cái thường được gọi là megaregolith. Lớp này dày hơn rất nhiều (khoảng hàng chục km) và gồm lớp nền đá đứt gãy^[16].

[sửa] Nước trên Mặt Trăng

Bài chi tiết: Băng Mặt Trăng

Những vụ bắn phá liên tiếp của các sao chổi và các thiên thạch có lẽ đã mang tới một lượng nước nhỏ vào bề mặt Mặt Trăng. Nếu như vậy, ánh sáng Mặt Trời sẽ phân chia đa phần lượng nước này thành các nguyên tố cấu tạo là hydro và oxy, cả hai chất này theo thời gian nói chung lại bay vào vũ trụ, vì lực hấp dẫn của Mặt Trăng yếu. Tuy nhiên, vì trục nghiêng của Mặt Trăng so với trục quay trên mặt phẳng hoàng đạo chỉ chênh 1,5°, có một số miệng núi lửa sâu ở các cực không bao giờ bị ánh sáng Mặt Trời trực tiếp chiếu tới (xem Núi lửa Shackleton). Các phân tử nước ở trong các núi lửa này có thể ổn định trong một thời gian dài.

Clementine đã vẽ bản đồ các miệng núi lửa tại cực nam Mặt Trăng^[17] nơi luôn ở trong bóng tối, và các cuộc thử nghiệm mô phỏng máy tính cho thấy có thể có tới 14.000 km² luôn ở trong bóng tối^[12]. Các kết quả thám sát radar từ phi vụ Clementine cho rằng có một số túi nước nhỏ, đóng băng nằm gần bề mặt, và dữ liệu từ máy quang phổ neutron của Lunar Prospector cho thấy sự tập trung lớn dị thường của hydro ở vài mét phía trên của regolith gần các vùng cực^[18]. Các ước tính tổng số lượng băng gần một kilômét khổi.

Băng có thể được khai thác và phân chia thành nguyên tử cấu tạo ra nó là hydro và oxy bằng các lò phản ứng hạt nhân hay các trạm điện mặt trời. Sự hiện diện của lượng nước sử dụng được trên Mặt Trăng là yếu tố quan trọng để việc thực hiện tham vọng đưa con người lên sinh sống trên Mặt Trăng có thể trở thành sự thực, bởi việc chuyên chở nước từ Trái Đất lên quá tốn kém. Tuy nhiên, những quan sát gần đây bằng radar hành tinh Arecibo cho thấy một số dữ liệu thám sát radar của chương trình Clementine gần vùng cực trước kia được cho là dấu hiệu quả sự hiện diện của băng thực tế có thể chỉ là hậu quả từ những tảng đá được phun ra từ các núi lửa va chạm gần đây^[19]. Câu hỏi về lượng nước thực sự có trên Mặt Trăng vẫn chưa có lời giải đáp.

[sửa] Các đặc điểm vật lý

[sửa] Cấu trúc bên trong

Bài chi tiết: Cấu trúc bên trong Mặt Trăng

Mặt Trăng là một vật thể khác biệt, về mặt địa hoá học gồm một lớp vò, áo, và lõi. Cấu trúc này được cho là kết quả của sự kết tinh nứt gãy của một biển magma chỉ một thời gian ngắn sau khi nó hình thành khoảng 4,5 tỷ năm trước. Năng lượng cần thiết để làm tan chảy phần phía ngoài của Mặt Trăng thường được cho là xuất phát từ một sự kiện va chạm lớn được cho là đã hình thành nên hệ thống Trái Đất-Mặt Trăng, và sự bồi đắp sau đó của vật chất trong quỹ đạo Trái Đất. Sự kết tinh của biển magma khiếnxuất hiện áo mafic và một lớp vỏ giàu plagioclase (xem Nguồn gốc và tiến hoá địa chất bên dưới).

Việc vẽ bản đồ địa hoá học từ quỹ đạo cho thấy lớp vỏ Mặt Trăng gồm phần lớn thành phần là anorthositic,^[20] phù hợp với giả thuyết biển magma. Về các nguyên tố, lớp vỏ gồm chủ yếu là oxy, silicon, magiê, sắt, canxi và nhôm. Dựa trên các kỹ thuật địa vật lý, chiều dày của nó được ước tính trung bình khoảng 50 km^[21].

Sự tan chảy một phần bên trong lớp áo Mặt Trăng khiến xuất hiện sự sụp đổ của biển basalt trên bề mặt Mặt Trăng. Các phân tích basalt này cho thấy áo gồm chủ yếu là các khoáng chất olivine, orthopyroxene và clinopyroxene, và rằng áo Mặt Trăng có nhiều sắt hơn Trái Đất. Một số basalt Mặt Trăng chứa rất nhiều titan (hiện diện trong khoáng chất ilmenite), cho thấy áo sự không đồng nhất lớn trong thành phần. Các trận động Đất trên Mặt Trăng được phát hiện xảy ra sâu bên dưới lớp áo khoảng 1.000 km dưới bề mặt. Chúng diễn ra theo chu kỳ hàng tháng và liên quan tới các ứng suất thuỷ triều gây ra bởi quỹ đạo lệch tâm của Mặt Trăng quanh Trái Đất^[21].

Mặt Trăng có mật độ trung bình 3.346.4 kg/m³, khiến nó trở thành vệ tinh có mật độ lớn thứ hai trong Hệ Mặt Trời sau Io. Tuy nhiên, nhiều bằng chứng cho thấy có thể lõi Mặt Trăng nhỏ, với bán kính khoảng 350 km hay ít hơn^[21]. Nó chỉ bằng khoảng 20% kích thước Mặt Trăng, trái ngược so với 50% của đa số các thiên thể khác. Thành phần lõi Mặt Trăng không đặc chắc, nhưng đa số mọi người tin rằng nó gồm lõi sắt với một lượng nhỏ sulfur và nickel. Các phân tích về sự khác biệt trong thời gian quay của Mặt Trăng cho thấy ít nhất lõi Mặt Trăng cũng nóng chảy một phần^[22].

[sửa] Địa hình

Bài chi tiết: Địa hình Mặt Trăng

Địa hình Mặt Trăng, theo geoid Mặt Trăng

Địa hình Mặt Trăng đã được đo đạc bằng các biện pháp đo độ cao laser và phân tích hình stereo, đa số được thực hiện gần đây từ các dữ liệu thu thập được trong phi vụ Clementine. Đặc điểm địa hình dễ nhận thấy nhất là Vùng trũng Nam cực-Aitken phía bề mặt không nhìn thấy, nơi có những điểm thấp nhất của Mặt Trăng. Các địa điểm cao nhất ở ngay phía đông bắc vùng trũng này, và nó cho thấy vùng này có thể có những trầm tích núi lửa phun dày đã xuất hiện trong sự kiện va chạm xiên vào vùng trũng Nam cực-Aitken. Các vùng trũng do va chạm lớn khác, như Imbrium, Serenitatis, Crisium, Smythii và Orientale, cũng có địa hình vùng khá thấp và các gờ vòng tròn nổi. Một đặc điểm phân biệt khác của hình thể Mặt Trăng là độ cao trung bình khoảng 1,9 km phía không nhìn thấy so với phía nhìn thấy^[21].

[sửa] Trường hấp dẫn

Bài chi tiết: Lực hấp dẫn Mặt Trăng

Trường hấp dẫn của Mặt Trăng đã được xác định qua việc thám sát các tín hiệu radio do các tàu vũ trụ bay trên quỹ đạo phát ra. Nguyên tắc sử dụng dựa trên Hiệu ứng Doppler, theo đó việc tàu vũ trụ tăng tốc theo hướng đường quan sát có thể được xác định bằng những thay đổi tăng nhỏ trong tần số tín hiệu radio, và khoảng cách từ tàu vũ trụ tới một trạm trên Trái Đất. Tuy nhiên, vì sự quay đồng bộ của Mặt Trăng vẫn không thể thám sát tàu vũ trụ vượt quá các rìa của Mặt Trăng, và trường hấp dẫn phía bề mặt không nhìn thấy được vì thế vẫn còn chưa được biết rõ^[23].

Sự dị thường hấp dẫn xuyên tâm trên bề mặt Mặt Trăng

ĐẶc điểm chính của trường hấp dẫn Mặt Trăng là sự hiện diện của các mascon, là những dị thường hấp dẫn dương gắn liền với một số vùng trũng va chạm lớn^[24]. Những dị thường này ảnh hưởng lớn tới quỹ đạo của các tàu vũ trụ quay xung quanh Mặt Trăng, và một mô hình hấp dẫn chính xác là cần thiết để lập kế hoạch cho các phi vụ tàu vũ trụ có và không có người lái. Các mascon một phần xuất hiện bởi sự hiện diện của các dòng chảy dung nham basalt vào một số vùng trũng va chạm. Tuy nhiên, các dòng chảy dung nham chính chúng lại không thể giải thích toàn bộ trường hấp dẫn, và việc chú trọng tới giao diện vỏ-áo cũng là cần thiết. Dựa trên các mô hình hấp dẫn Lunar Prospector, có thể sự tồn tại của một số mascon không cho thấy bằng chứng cho thuyết núi lửa biển basalt^[25]. Sự mở rộng to lớn của thuyết núi lửa biển basalt đi liền với Oceanus Procellarum không có nghĩa một sự bất thường hấp dẫn dương.

[sửa] Từ trường

Bài chi tiết: Từ trường của Mặt Trăng

Tổng cường độ từ trường tại bề mặt Mặt Trăng, kết quả từ cuộc thí nghiệm đo phản xạ electron của Lunar Prospector

Mặt Trăng có một từ trường bên ngoài trong khoảng một tới một trăm nanotesla— chưa bằng một phần trăm từ trường Trái Đất, trong khoảng 30-60 microtesla. Các khác biệt chính khác là Mặt Trăng hiện tại không có một từ trường hai cực (sẽ phải được tạo ra bởi địa động lực trong lõi của nó), và độ từ hóa hiện diện hầu như đều có nguồn gốc từ lớp vỏ^[26]. Một giả thuyết cho rằng sự từ hóa ở lớp vỏ đã xuất hiện ngay từ buổi đầu lịch sử Mặt Trăng khi địa động lực đang hoạt động. Tuy nhiên, kích thước nhỏ của lõi Mặt Trăng, là một yếu tố cản trở tiềm tàng cho giả thuyết này. Một giả thuyết khác, có thể trên một vật thể không có không khí như Mặt Trăng, các từ trường tồn tại trong thời gian ngắn có thể xuất hiện trong những sự kiện va chạm lớn. Để ủng hộ giả thuyết này, cần lưu ý rằng độ từ hóa ngoài lớp vỏ lớn nhất là ở gần các vùng đối chân của những vùng trũng do va chạm lớn. Đã có ý kiến cho rằng một hiện tượng như vậy có thể xuất hiện từ một sự mở rộng tự do của một đám mây plasma xuất hiện sau sự kiện va chạm bao quanh Mặt Trăng với sự hiện diện của một từ trường bao quanh^[27].

[sửa] Khí quyển

Bài chi tiết: Khí quyển Mặt Trăng

Mặt Trăng có khí quyển mỏng đến nỗi hầu như không đáng kể, với tổng khối lượng khí quyển chưa tới 10⁴ kg^[28]. Một nguồn gốc hình thành khí quyển Mặt Trăng chính là hiện tượng tự phun khí—sự phun các loại khí như radon hình thành bởi quá trình phân ra phóng xạ bên trong lớp vỏ và áo^{[cần chú thích]}. Một nguồn quan trọng khác hình thành trong quá trình sputtering, liên quan tới cuộc bắn phá của vi thiên thạch, gió Mặt Trời với các ion, electron và ánh sáng Mặt Trời^[20]. Các loại khí phát sinh từ quá trình sputtering hoặc chui vào trong regolith vì lực hấp dẫn của Mặt Trăng, hoặc có thể lại rơi vào vũ trụ vì áp lực bức xạ của Mặt Trời hay bị quét sạch bởi từ trường gió Mặt Trời nếu chúng đã bị ion hoá. Các nguyên tố natri và kali đã được phát hiện bằng cách phương pháp quang phổ trên Trái Đất, trong khi nguyên tố radon–222 (²²²Rn) và polonium-210 (²¹⁰Po) đã được suy luận ra từ máy quang phổ hạt alpha của Lunar Prospector^[29]. Argon–40 (⁴⁰Ar), helium-4 (⁴He), oxy (O₂) và/hay methane (CH₄), nitơ (N₂) và/hay carbon monoxide (CO), và carbon dioxide (CO₂) đã được phát hiện tại chỗ bởi các máy do các nhà du hành vũ trụ chương trình Apollo để lại^[30].

[sửa] Nhiệt độ bề mặt

Ban ngày trên Mặt Trăng, nhiệt độ trung bình là 107°C, còn ban đêm nhiệt độ là -153°C^[31].

[sửa] Nguồn gốc và sự tiến hoá địa chất

[sửa] Hình thành

Nhiều cơ cấu đã được đưa ra nhằm giải thích sự hình thành của Mặt Trăng. Mọi người tin rằng Mặt Trăng đã được hình thành từ 4,527 ± 0,010 tỷ năm trước, khoảng 30-50 triệu năm sau sự hình thành của Hệ Mặt Trời^[32].

Giả thuyết phân đôi

Nghiên cứu ban đầu cho rằng Mặt Trăng đã vỡ ra từ vỏ Trái Đất bởi các lực ly tâm, để lại một vùng trũngTiêu bản:Ndash được cho là Thái Bình DươngTiêu bản:Ndash^[33]. Tuy nhiên, ý tưởng này đòi hỏi Trái Đất phải có một tốc độ quay ban đầu rất lớn, thậm chí nếu điều này có thể xảy ra, quá trình đó sẽ khiến Mặt Trăng phải quay theo mặt phẳng xích đạo của Trái Đất, nhưng thực tế lại không phải như vậy.

Giả thuyết bắt giữ

Nghiên cứu khác lại cho rằng Mặt Trăng đã được hình thành ở đâu đó và cuối cùng bị lực hấp dẫn của Trái Đất bắt giữ^[34]. Tuy nhiên, các điều kiện được cho là cần thiết để một cơ cấu như vậy hoạt động, như một khí quyển mở rộng của Trái Đất nhằm tiêu diệt năng lượng của Mặt Trăng đi ngang qua, là không thể xảy ra.

Giả thuyết cùng hình thành

Giả thuyết cùng hình thành cho rằng Trái Đất và Mặt Trăng cùng hình thành ở một thời điểm và vị trí từ đĩa bồi đắp nguyên thuỷ. Mặt Trăng đã được hình thành từ vật chất bao quanh Tiền Trái Đất, tương tự sự hình thành của các hành tinh xung quanh Mặt Trời. Một số người cho rằng giả thuyết này không giải thích thỏa đáng sự hiện diện với số lượng nhỏ của sắt trên Mặt Trăng.

Một sự thiếu hụt lớn trong mọi giả thuyết trên là chúng không thể giải tích được động lượng góc cao của hệ Trái Đất-Mặt Trăng^[35].

Giả thuyết vụ va chạm lớn

Giả thuyết ưu thế nhất hiện tại là hệ Trái Đất-Mặt Trăng đã được hình thành như kết quả của một vụ va chạm lớn. Một vật thể cỡ Sao Hoả (được gọi là "Theia") được cho là đã đâm vào Tiền Trái Đất, đẩy bắn ra lượng vật chất đủ vào trong quỹ đạo Tiền Trái Đất để hình thành nên Mặt Trăng qua quá trình bồi tụ^[1]. Bởi bồi tụ là quá trình mà mọi hành tinh được cho là đều phải trải qua để hình thành, các vụ va chạm lớn được cho là đã ảnh hưởng tới hầu hết, nếu không phải toàn bộ quá trình hình thành hành tinh. Các mô hình giả lập máy tính về một vụ va chạm lớn phù hợp với các đô đạc về động lượng góc của hệ Trái Đất-Mặt Trăng, cũng như kích thước nhỏ của lõi Mặt Trăng^[36]. Các câu hỏi vẫn chưa được giải đáp của giả thuyết này liên quan tới việc xác định tương quan kích thước của Tiền Trái Đất và Theia và bao nhiêu vật liệu từ hai thiên thể trên đã góp phần hình thành nên Mặt Trăng.

[sửa] Biển magma Mặt Trăng

Vì kết quả của một lượng lớn năng lượng được giải phóng trong vụ va chạm lớn và sự bồi tụ vật liệu sau đó trên quỹ đạo Trái Đất, mọi người thường cho rằng một phần lớn Mặt Trăng trước kia từng tan chảy. Phần tan chảy bên ngoài của Mặt Trăng ở thời điểm đó được gọi là biển magma, và ước tính độ sâu của nó trong khoảng 500 km cho tới toàn bộ bán kính Mặt Trăng^[7].

Khi biển magma nguội đi, sự kết tinh nứt gãy và phân tách của nó khiến tạo thành lớp áo và vỏ riêng biệt. Lớp áo được cho là được hình thành chủ yếu bởi sự kết tủa và lắng đọng của các khoáng chất olivine, clinopyroxene và orthopyroxene. Sau khi khoảng 3/4 biển magma kêt tinh, khoáng chất anorthite được cho là đã kết tủa và trôi nổi lên bề mặt bởi nó có mật độ thấp, hình thành nên lớp vỏ^[7].

Các chất lỏng cuối cùng kết tinh từ biển magma có thể ban đầu đã len giữa lớp vỏ và áo, và có thể chứa nhiều nguyên tố không tương thích và tạo nhiệt. Thành phần địa hóa học này được gọi bằng tên viết tắt theo các chữ cái đầu KREEP, của kali (K), các nguyên tố đất hiếm (REE) và phốt pho (P), và có lẽ đã tập trung trong Procellarum KREEP Terrane, là một vùng địa chất nhỏ bao gồm hầu hết Oceanus Procellarum và Biển Imbrium ở phần bề mặt nhìn thấy được của Mặt Trăng^[21].

[sửa] Tiến hóa địa chất

Xem thêm: Địa chất học Mặt Trăng

Một phần lớn bề mặt Mặt Trăng–tiến hóa địa chất biển magma có các núi lửa do va chạm. Thời gian biểu địa chất Mặt Trăng chủ yếu được phân chia dựa trên sự hình thành các vùng trũng lớn do va chạm, như Nectaris, Imbrium và Orientale. Các cấu trúc va chạm này có đặc điểm là những vòng tròn vật chất do va chạm hất lên, và thường có đường kính lên tới hàng trăm đến hàng ngàn kilômét. Mỗi vùng trũng đa vòng tròn này đều đi liền với một bề mặt vật liệu hất lên lớn hình thành một chân trời địa tầng vùng. Tuy chỉ một số vùng trũng đa vòng tròn được xác định niên đại chính xác, chúng rất hữu ích để xác định niên đại gần đúng dựa trên các vùng đất theo địa tầng. Các ảnh hưởng tiếp diễn của va chạm là nguyên nhân hình thành nên regolith.

Quá trình địa lý lớn khác ảnh hưởng tới bề mặt Mặt Trăng là biển núi lửa. Sự tăng các nguyên tố tạo nhiệt bên trong Procellarum KREEP Terrane được cho là đá khiến lớp áo bên dưới nóng lên, và cuối cùng nóng chảy một phần. Một phần những magma đó tràn lên bề mặt và phun trào, gây ra sự tập trung cao của basalt biển ở phía bề mặt nhìn thấy được của Mặt Trăng^[7]. Đa phần basalt biển được phun trào trong kỷ Imbrian ở vùng địa chất này từ 3,0–3,5 tỷ năm trước. Quả thực, một số mẫu có niên đại từ tới 4,2 tỷ năm trước^[37] và những vụ phun trào gần đây nhất, dựa trên phương pháp đếm miệng núi lửa, được cho là đã xảy ra từ chỉ 1,2 tỷ năm trước^[38].

Đã có tranh cãi về việc các đặc điểm trên bề mặt Mặt Trăng có thay đổi theo thời gian hay không. Một số nhà quan sát đã tuyên bố rằng các miệng núi lửa có xuất hiện hoặc mất đi, hay rằng các hình thực hiện tượng tạm thời khác có thể xảy ra. Ngày nay, nhiều tuyên bố như vậy được cho là không chính xác, vì việc quan sát đước tiến hành dưới các điều kiện ánh sáng khác nhau, quan sát thiên văn học kém, hay sự thiếu chính xác của các tấm bản đồ trước đó, và các sự kiện như vậy đã khiến một số người ra thông báo về các hiện tượng nhất thời trên Mặt Trăng. Gần đây, đã có ý kiến cho rằng một vùng có đường kính khoảng 3 km trên bề mặt Mặt Trăng đã bị biến đổi bởi một sự kiện phun trào khí gas khoảng một triệu năm trước^[39][40].

[sửa] Đá Mặt Trăng

Bài chi tiết: Đá Mặt Trăng

Đá Mặt Trăng được xếp thành hai loại, dựa trên địa điểm tồn tại của chúng tại các cao nguyên Mặt Trăng (terrae) hay tại các biển. Đá trên các cao nguyên gồm ba bộ: ferroan anorthosite, magnesian và alkali (một số người coi bộ alkali là một tiểu tập hợp của bộ magnesian). Đá thuộc bộ ferroan anorthosite gồm hầu như chỉ là khoáng chất anorthite (một calic plagioclase feldspar) và được cho là đại diện cho sự tích tụ plagioclase trôi nổi của biển magma Mặt Trăng. Theo các biện pháp tính niên đại luyện kim phóng xạ đá ferroan anorthosite đã được hình thành từ 4.4 tỷ năm trước^[37][38].

Đá bộ magnesian và alkali chủ yếu là đá mafic plutonic rocks. Các loại đá đặc trưng gồm dunite, troctolite, gabbro, alkali anorthosite và, hiếm hơn, granite. Trái với bộ ferroan anorthosite, các loại đá này đều có tỷ lệ Mg/Fe cao trong các khoáng chất mafic. Nói chung, các loại đá này là sự sự xâm nhập vào lớp vỏ cao nguyên đã hình thành từ trước (dù một số vị dụ hiếm hơn có lẽ là sự phun trào dung nham), và chúng đã hình thành từ khoảng 4,4–3,9 tỷ năm trước. Nhiều loại đá trên có chứa nhiều, hay về mặt di truyền có liên quan tới, thành phần địa hóa học KREEP.

Các biển Mặt trăng gồm toàn bộ các biển basalt. Tuy tương tự như basalt Trái đất, chúng chứa nhiều sắt hơn, và hoàn toàn không có chứa các sản phẩm biến đổi hydro, và chứa nhiều titan^[41][42].

Các nhà du hành vũ trụ đã nói rằng bụi từ bề mặt rơi xuống giống như tuyết và có mùi thuốc súng cháy^[43]. Bụi hầu hết được hình thành từ thủy tinh silicon dioxide (SiO₂), có lẽ được tạo ra từ các thiên thạch đã đâm xuống bề mặt Mặt Trăng. Chúng cũng có chứa canxi và magiê.

[sửa] Quỹ đạo và quan hệ với Trái Đất

Bài chi tiết: Quỹ đạo Mặt Trăng

Trái Đất, nhìn từ Mặt Trăng trong phi vụ Apollo 8, Đêm Giáng Sinh, 1968

Mặt Trăng hoàn thành một vòng quỹ đạo quanh Trái Đất so với các ngôi sao cố định (chu kỳ thiên văn) trong khoảng 27.3 ngày. Tuy nhiên, bởi trong cùng thời gian ấy Trái Đất cũng di chuyển trên quỹ đạo của mình xung quanh Mặt Trời nên Mặt Trăng mất hơi nhiều thời gian hơn để hoàn thành tuần của nó so với Trái Đất, khoảng 29.5 ngày (chu kỳ giao hội).^[1] Không giống như hầu hết vệ tinh của các hành tinh khác, Mặt Trăng quay trên quỹ đạo gần đường hoàng đạo chứ không phải trên mặt phẳng xích đạo. Nó là mặt trăng lớn nhất trong Hệ Mặt Trời về kích thước tương đối so với hành tinh. (Charon lớn hơn về kích thước so sánh so với hành tinh lùn Diêm vương.) Các vệ tinh tự nhien quanh quanh các hành tinh khác được gọi là "các mặt trăng", theo tên Mặt Trăng của Trái Đất.

Đa số các hiệu ứng thủy triều quan sát được trên Trái Đất đều do lực kéo hấp dẫn của Mặt Trăng, Mặt Trời chỉ gây một hiệu ứng nhỏ. Các hiệu ứng thủy triều dẫn khiến khoảng cách trung bình giữa Trái Đất và Mặt Trăng tăng khoảng 3.8 m mỗi thế kỷ, hay 3.8 cm mỗi năm.^[44] Vì hiệu ứng bảo toàn động lượng góc, sự tăng semimajor trục của Mặt Trăng đi liền với sự chậm dần tốc độ quay của Trái Đất khoảng 0.002 giây mỗi ngày trong mỗi thế kỷ.^[45]

Hệ Trái Đất-Mặt Trăng thỉnh thoảng được coi là một hành tinh đôi chứ không phải một hệ hành tinh-vệ tinh. Điều này bởi kích thước đặc biệt lớn của Mặt Trăng so với hành tinh của nó; Mặt Trăng có đường một phần tư đường kính Trái Đất và có khối lượng bằng 1/81 khối lượng Trái Đất. Tuy nhiên, định nghĩa này đã bị một số người chỉ trích, bởi tâm khối lượng chung của hệ (barycentre) nằm khoảng 1,700 km bên dưới bề mặt Trái Đất, hay khoảng một phần tư bán kính Trái Đất. Bề mặt Mặt Trăng chưa bằng /10^th bề mặt Trái Đất, và chỉ bằng khoảng một phần tư kích thước bề mặt Trái Đất (hay cỡ diện tích Nga, Canada và Hoa Kỳ cộng lại).

Năm 1997, tiểu hành tinh 3753 Cruithne được khám phá có quỹ đạo hình móng ngựa liên kết với Trái Đất một cách bất thường. Tuy nhiên, các nhà thiên văn học không coi nó là một mặt trăng thứ hai của Trái Đất, và quỹ đạo của nó không ổn định trong thời gian dài.^[46] Ba tiểu hành tinh gần Trái Đất khác, (54509) 2000 PH5, (85770) 1998 UP1 và 2002 AA29, nằm trên quỹ đạo tương tự quỹ đạo Cruithne, cũng đã được phát hiện ra.^[47]

Kích thước tương đối và sự chia tách của hệ Trái Đất-Mặt Trăng được thể hiện ở trên. Chùm sáng được thể hiện đi từ Trái Đất đến Mặt Trăng trong cùng khoảng thời gian thực tế giữa chúng: 1.255 giây trên khoảng cách quỹ đạo trung bình. Chùm sáng này cũng cho biết tỷ lệ hệ Trái Đất-Mặt Trăng so với Mặt Trời là 8.28 phút ánh sáng (quyển sáng tới bề mặt Trái Đất).

[sửa] Thủy triều

Thủy triều trên Trái Đất do lực thủy triều của lực hấp dẫn Mặt Trăng gây ra và được khuếch đạo bởi nhiều hiệu ứng trong các đại dương của Trái Đất. Lực hấp dẫn thủy triều xuất hiện bởi phía Trái Đất hướng về Mặt Trăng (gần nó hơn) bị hút mạnh hơn bởi lực hấp dẫn của Mặt Trăng so với tâm Trái Đất và phía bên kia thì càng thấp hơn nữa. Thủy triều hấp dẫn kéo các đại dương của Trái Đất thành một hình elips với Trái Đất ở trung tâm. Hiệu ứng này tạo nên hai hai "bướu" nước cao trên Trái Đất; một ở phía gần Mặt Trăng và một ở phía xa. Bởi hai bướu này quay quanh Trái Đất mỗi lần một ngày khi Trái Đất quay quanh trục của nó, nước trong đại dương liên tục chạy về hướng hai bướu đang chuyển động. Các hiệu ứng của hai bướu và các dòng hải lưu lớn trên biển đuổi theo chúng được khuếch đại bởi sự tham gia của các hiệu ứng khác; cụ thể là sự kết hợp ma sát của nước tới sự quay của Trái Đất qua các đáy biển, quán tính của chuyển động của nước, các lòng chảo đại dương nông dần lên về phía đất liền, và sự dao động giữa các lòng chảo đại dương khác nhau. Sự khuếch đại hiệu ứng hơi giống kiểu nước đập lên sườn nghiêng của một bồn tắm sau khi có sự nhiễu loạn do thân người gây ra ở phần đáy sâu của bồn.

Sự kết hợp hấp dẫn giữa Mặt Trăng và bướu đại dương gần với Mặt Trăng ảnh hưởng tới quỹ đạo của nó. Trái Đất quay trên trục trên cùng hướng, và ở tốc độ nhanh hơn khoảng 27 lần, so với Mặt Trăng quay quanh Trái Đất. Vì thế, sự kết hợp ma sát giữa đáy biển và nước đại dương, cũng như quán tính của nước, kéo đỉnh của bướu thủy triều gần Mặt Trăng hơi tiến hơn về phía trước của đường thẳng tưởng tượng nối trung tâm Trái Đất với Mặt Trăng. Từ góc nhìn Mặt Trăng, trung tâm khối lượng của bướu thủy triều gần Mặt Trăng liên tục chạy trước điểm mà nó đang quay. Tương tự như vậy hiệu ứng ngược lại cũng xảy ra với với bướu phía xa; nó lùi lại phía sau đường nối tưởng tượng. Tuy nhiên, nó cách xa 12,756 km và có kết hợp hấp dẫn với Mặt Trăng thấp hơn. Vì thế, Mặt Trăng liên tục bị hút hấp dẫn tiến về phía trước trên quỹ đạo của nó với Trái Đất. Sự kết hợp hấp dẫn này làm giảm năng lượng động lực và động lượng góc của sự tự quay của Trái Đất (xem thêm, Ngày và Leap second). Trái lại, động lượng góc được tăng thêm cho quỹ đạo của Mặt Trăng, khiến Mặt Trăng bị đưa vào một quỹ đạo xa hơn và dài hơn. Hiệu ứng với bán kính quỹ đạo của Mặt Trăng khá nhỏ, chỉ 0.10 ppb/năm, nhưng dẫn tới sự tăng khoảng cách đo được hàng năm là 3.82 cm trong khoảng cách Trái Đất-Mặt Trăng.^[48] Dần dần, hiệu ứng này trở nên dễ nhận thấy hơn, từ khi các nhà du hành vũ trụ lần đầu tiên đặt chân xuống Mặt Trăng 39 năm về trước, hiện Mặt Trăng đã cách xa chúng ta thêm 1,48 m.

[sửa] Nhật thực và Nguyệt thực

Bài chi tiết: Nhật thực và Nguyệt thực

Nhật thực năm 1999

Nhật/Nguyệt thực chỉ có thể xảy ra khi Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng cùng nằm trên một đường thẳng. Nhật thực xảy ra gần tuần trăng mới, khi Mặt Trăng nằm giữa Mặt Trời và Trái Đất. Trái lại, nguyệt thực xảy ra gần lúc trăng tròn, khi Trái Đất nằm giữa Mặt Trời và Mặt Trăng.

Vì Mặt Trăng quay quanh Trái Đất với góc nghiêng khoảng 5° so với quỹ đạo của Trái Đất quanh Mặt Trời, các cuộc Nhật/Nguyệt thực không xảy ra tại mọi tuần trăng mới và trăng tròn. Để có thể xảy ra Nhật/Nguyệt thực, Mặt Trăng phải ở gần nơi giao cắt của hai mặt phẳng quỹ đạo.^[49]

Tính định kỳ và sự tái diện của các lần thực của Mặt Trời bởi Mặt Trăng, và của Mặt Trăng bởi Trái Đất, được miêu tả bởi chu kỳ thiên thực, tái diễn sau xấp xỉ 6,585.3 ngày (18 năm 11 ngày 8 giờ).^[50]

Các đường kính góc của Mặt Trăng và Mặt Trời khi quan sát từ Trái Đất chồng lênh nhau trong sự biến đổi của chúng, vì thế cả Nhật thực toàn phần và Nhật thực một phần đều có thể xảy ra.^[51] Khi xảy ra nhật thực toàn phần, Mặt Trăng hoàn toàn che lấp đĩa Mặt Trời và quầng Mặt Trời có thể được nhìn thấy bằng mắt thường từ Trái Đất. Bởi khoảng cách giữa Mặt Trăng và Trái Đất hơi tăng thêm theo thời gian, đường kính góc của Mặt Trăng giảm xuống. Điều này có nghĩa từ hàng trăm triệu năm trước Mặt Trăng có thể luôn che khuất Mặt Trời ở mọi lần nhật thực vì vậy có thể trong quá khứ nhật thực một phần không thể xảy ra. Tương tự, khoảng 600 triệu năm nữa (giả thiết rằng đường kính góc của Mặt Trời không thay đổi), Mặt Trăng không thể che khuất hoàn toàn Mặt Trời nữa và khi ấy chỉ xảy ra nhật thực một phần.^[49]

Một hiện tượng liên quan tới Nhật/Nguyệt thực là sự che khuất. Mặt Trăng liên tục ngăn tầm nhìn bầu trời của chúng ta với một diện tích hình trong 1/2 độ. Khi một ngôi sao sáng hay một hành tinh qua phía sau Mặt Trăng trong khoảng không gian bị che khuất hay không thể được quan sát. Một cuộc nhật thực là một sự che khuất của Mặt Trời. Bởi Mặt Trăng gần với Trái Đất, các cuộc che khuất các ngôi sao riêng biệt không nhìn thấy được ở mọi nơi, cũng không ở cùng thời điểm. Bởi sự tiến động của quỹ đạo Mặt Trăng, mỗi năm các ngôi sao khác nhau sẽ bị che khuất.^[52]

Lần nguyệt thực gần đây nhất diễn ra ngày 20 tháng 2 năm 2008. Đó là lần nguyệt thực toàn phần. Toàn bộ diễn biến có thể được quan sát từ Nam Mỹ và hầu hết Bắc Mỹ (ngày 20 tháng 2), cũng như từ Đông Âu, Châu Phi, và Tây Á (ngày 21 tháng 2). Lần nhật thực gần nhất diễn ra ngày 11 tháng 9 năm 2007, quan sát được từ Nam Mỹ và nhiều vùng thuộc Nam Cực. Lần nhật thực toàn phần tới sẽ diễn ra ngày 1 tháng 8 năm 2008, và sẽ có đường che khuất hoàn toàn bắt đầu từ bắc Canada chạy qua Nga và Trung Quốc.^[53]

[sửa] Quan sát

Xem thêm: Tuần Mặt Trăng, Ánh Đất, và Quan sát Mặt Trăng

Trong tuần sáng nhất, "trăng tròn", Mặt Trăng có độ sáng biểu kiến khoảng −12.6. Để so sánh, Mặt Trời có độ sáng biểu kiến −26.8. Khi Mặt Trăng ở tuần sáng một phần tư, độ sáng của nó không được bằng một nửa trăng tròn, chỉ bằng khoảng một phần mười. Điều này bởi bề mặt Mặt Trăng không phải là một bề mặt phản xạ Lambertian hoàn hảo. Khi trăng tròn hiệu ứng đối diện khiến nó có vẻ sáng hơn, nhưng khi trăng không tròn có các vùng tối chiếu trên bề mặt làm giảm lượng ánh sáng phản chiếu.

Mặt Trăng có vẻ lớn hơn khi nó ở gần chân trời. Đây hoàn toàn là hiệu ứng tâm lý (xem Ảo giác Mặt Trăng). Thực tế nó nhỏ hơn khoảng 1.5% khi nằm gần đường chân trời so với khi ở trên trời (bởi nó ở cách xa hơn khoảng bằng một lần bán kính Trái Đất).

Mặt Trăng là một vật thể khá sáng trên bầu trời, dù nó có suất phân chiếu thấp. Mặt Trăng có độ phản chiếu thấp nhất trong Hệ Mặt Trời và chỉ phản chiếu khoảng 7% ánh sáng chiếu tới nó (khoảng cùng tỷ lệ phản chiếu bởi một cục than).^[54] Tính bất biến màu của thị giác chia lại các quan hệ giữa các màu của một vật thể và những thứ xung quanh nó, và bởi bầu trời xung quanh khá tối nên Mặt Trăng được chiếu sáng có vẻ là một vật thể sáng.

Một quầng quanh Mặt Trăng

Độ cao lớn nhất của Mặt Trăng trong một ngày có biến đổi và hầu như có cùng các giới hạn như Mặt Trời. Nó cũng phụ thuộc vào mùa Trái Đất và tuần trăng, trăng tròn sẽ có độ cao lớn nhất trong mùa đông. Hơn nữa, chu kỳ giao 18.6 năm cũng có ảnh hưởng, bởi khi điểm giao của quỹ đạo Mặt Trăng đi lên trên điểm xuân phân, độ nghiêng Mặt Trăng có thể lên tới 28° mỗi tháng (lần xảy ra gần đây nhất năm 2006). Điều này khiến Mặt Trăng có thể đi quá lên các vĩ độ nghiêng 28 độ (ví dụ như Florida, Quần đảo Canary hay ở bán cầu nam Brisbane). Hơi nhiều hơn 9 năm sau (lần tiếp sau năm 2015) độ nghiêng chỉ đạt tới 18° Bắc hay Nam mỗi tháng. Hướng của lưỡi liềm trăng cũng phụ thuộc vào vĩ độ của địa điểm quan sát. Gần xích đạo, một người quan sát có thể thấy một Mặt trăng hình thuyền.^[55]

Giống Mặt Trời, Mặt Trăng tạo ra những hiệu ứng khí quyển, gồm một vòng quầng 22° và các vòng hào quang nhỏ hơn được quan sát thấy thường xuyên qua các đám mây mờ. Để biết thêm chi tiết về Mặt Trăng xuất hiện thế nào trên bầu trời Trái Đất, xem tuần trăng.

[sửa] Thám hiểm

Bài chi tiết: Thám hiểm Mặt Trăng, Chương trình Apollo, và Hạ cánh xuống Mặt Trăng

Xem thêm: Thám hiểm Mặt Trăng bằng robot, Các phi vụ Mặt Trăng tương lai, và Thực dân hóa Mặt Trăng

Bước tiến đầu tiên trong việc quan sát Mặt Trăng được thực hiện nhờ sự phát minh kính viễn vọng. Galileo Galilei đã sử dụng tốt công cụ này để quan sát các ngọn núi và miệng núi lửa trên Mặt Trăng.

Cuộc chạy đua vũ trụ thời Chiến tranh Lạnh giữa Liên bang Xô viết và Hoa Kỳ đã dẫn tới sự tập trung chú ý vào Mặt Trăng. Các phi vụ tàu vũ trụ không người lái, kể cả bay ngang qua và đâm/hạ cánh, đã được thực hiện ngay khi các khả năng phóng tàu của con người cho phép. Chương trình Luna của Liên bang Xô viết đã lần đầu tiên đưa được tàu vũ trụ không người lái tới Mặt Trăng. Vật thể đầu tiên do con người chế tạo thoát được lực hấp dẫn Trái Đất đi tới gần Mặt Trăng là Luna 1, vật thể nhân tạo đầu tiên đâm xuống bề mặt Mặt Trăng là Luna 2, và những bức ảnh đầu tiên về bề mặt không nhìn thấy được của Mặt Trăng đã được Luna 3 chụp, ba phi vụ này diễn ra năm 1959. Tàu vũ trụ đầu tiên thực hiện thành công hạ cánh mềm xuống Mặt Trăng là Luna 9 và phương tiện không người điều khiển đầu tiên bay quanh quỹ đạo Mặt Trăng là Luna 10, hai phi vụ này diễn ra năm 1966.^[1] Các mẫu từ Mặt Trăng đã được các phi vụ Luna (Luna 16, 20, và 24) và các phi vụ Apollo 11 tới 17 đưa về Trái Đất (ngoại trừ Apollo 13, đã phải hủy bỏ kế hoạch hạ cánh).

Những bước chân đầu tiên của con người trên Mặt Trăng năm 1969 được coi là đỉnh cao của cuộc chạy đua vũ trụ.^[56] Neil Armstrong trở thành người đầu tiên đi bộ trên bề mặt Mặt Trăng với tư cách chỉ huy phi vụ Apollo 11 của Hoa Kỳ lúc 02:56 UTC ngày 21 tháng 7 năm 1969. Các cuộc hạ cánh xuống Mặt Trăng và quay trở về Trái Đất đã được thực hiện nhờ các tiến bộ kỹ thuật to lớn, trong các lĩnh vực như tiêu mòn hóa học và kỹ thuật tái thâm nhập khí quyển hồi đầu thập niên 1960.

Các gói phương tiện kỹ thuật đã được đặt trên bề mặt Mặt Trăng trong mọi phi vụ Apollo. Các trạm ALSEP (Gói thí nghiệm bề mặt Mặt Trăng Apollo) có tuổi thọ sử dụng dài đã được đặt tại các địa điểm hạ cánh của Apollo 12, 14, 15, 16, và 17, trong khi đó các trạm tạm thời được gọi là EASEP (Gói kỹ thuật khoa học Apollo ban đầu) đã được đặt khi thực hiện phi vụ Apollo 11. Các trạm ALSEP có các thiết bị như máy thăm dò dòng, máy đo địa chấn, từ kế và các thiết bị phản hồi. Việc truyền dữ liệu về trái đất đã kết thúc ngày 30 tháng 9 năm 1977 vì các lí do tài chính.^[57][58] Bởi các thiết bị phản hồi laser Mặt Trăng (LLR) là các thiết bị bị động nên chúng vẫn còn được sử dụng. Việc chiếu tia laser lên cá trạm LLR vẫn được thực hiện hàng ngày từ các trạm ở Trái Đất với độ chính xác vài centimét, và dữ liệu thu được được dùng để tính toán kích thước lõi Mặt Trăng.^[59]

Đã 38 năm kể từ ngày Eugene Cernan, thành viên của phi vụ Apollo 17, rời bề mặt Mặt Trăng ngày 14 tháng 12 năm 1972 và từ đó chưa từng ai đặt chân lên đây.

Nhà du hành vũ trụ Buzz Aldrin, ảnh do Neil Armstrong chụp trong chuyến hạ cánh đầu tiên xuống Mặt Trăng ngày 20 tháng 7 năm 1969.

Từ giữa thập niên 1960 tới giữa thập niên 1970, 65 vật thể nhân tạo đã bay tới Mặt Trăng (cả có và không có người điều khiển, chỉ riêng trong năm 1971 đã có 10 vụ), lần cuối là của Luna 24 năm 1976. Chỉ 18 phi vụ trong số đó là những cuộc hạ cánh xuống Mặt Trăng có điều khiển, 9 phi vụ hoàn thành một vòng từ Trái Đất và quay trở về với các mẫu đá Mặt Trăng. Liên bang Xô viết sau đó đã đặt trong tâm chú ý vào Sao Kim và các trạm vũ trụ, còn Hoa Kỳ tập trung vào Sao Hoả và các hành tinh phía ngoài. Năm 1990, tàu vũ trụ Hiten của Nhật Bản đã bay trên quỹ đạo Mặt Trăng, khiến nước này trở thành quốc gia thứ ba đưa được tàu vũ trụ vào quỹ đạo Mặt Trăng. Tàu vũ trụ này thả ra một tàu nhỏ, Hagormo, trong quỹ đạo Mặt Trăng, nhưng thiết bị truyền dữ liệu hỏng nên các sứ mệnh khoa học sau đó đã không thể được thực hiện.

Năm 1994, cuối cùng Hoa Kỳ cũng quay lại với Mặt Trăng, tuy chỉ bằng robot, tàu vũ trụ Clementine. Phi vụ này đã thực hiện được bản đồ địa hình gần toàn bộ đầu tiên của Mặt Trăng, và các hình ảnh đa phổ đầu tiên về bề mặt Mặt Trăng. Tiếp sau đó là phi vụ Lunar Prospector năm 1998. Quang phổ kế neutron trên Lunar Prospector cho thấy sự hiện diện với số lượng lớn của hydro tại các cực Mặt Trăng, dường như được gây ra do sự hiện diện của băng ở vài mét bên trên của tầng regolith bên trong những miệng núi lửa không bao giờ được chiếu sáng. Tàu vũ trụ Smart 1 của Châu Âu đã được phóng đi ngày 27 tháng 9 năm 2003 và ở trên quỹ đạo Mặt Trăng từ ngày 15 tháng 11 năm 2004 đến ngày 3 tháng 9 năm 2006.

Ngày 14 tháng 1 năm 2004, Tổng thống Hoa Kỳ George W. Bush đã kêu gọi môt kế hoạch thực hiện các phi vụ có người điều khiển tới Mặt Trăng vào năm 2020 (xem Viễn cảnh Thám hiểm Mặt Trăng).^[60] NASA hiện có kế hoạch xây dựng một tiền trạm thường trực tại một trong các cực Mặt Trăng.^[61] Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa đã đưa ra các kế hoạch tham vọng nhằm thám hiểm Mặt Trăng và đã bắt đầu Chương trình Chang'e để thực hiện mục tiêu này, họ đã phóng thành công tàu vũ trụ đầu tiên, Chang'e-1, ngày 24 tháng 10 năm 2007.^[62] Ấn Độ dự định thực hiện nhiều phi vụ không có người điều khiển, bắt đầu bằng Chandrayaan I tháng 2 năm 2008, tiếp sau đó là Chandrayaan II năm 2010 hay 2011; phi vụ cuối cùng được thông báo sẽ gồm cả một thiết bị robot thám hiểm Mặt Trăng. Ấn Độ cũng đã bày tỏ hy vọng thực hiện một phi vụ có người điều khiển tới Mặt Trăng vào năm 2030.^[63] Hoa Kỳ sẽ phóng Lunar Reconnaissance Orbiter (Tàu vũ trụ trinh sát quỹ đạo Mặt Trăng) năm 2008. Nga cũng thông báo nối lại dự án đã bị ngừng trệ trước đó là Luna-Glob, gồm một phi vụ hạ cánh không có người điều khiển và bay quanh quỹ đạo, dự kiến sẽ thực hiện năm 2012.^[64]

Giải Lunar X của Google, được thông báo ngày 13 tháng 9 năm 2007, hy vọng khuyến khích việc thám hiểm Mặt Trăng do tư nhân tài trợ. Quỹ X Prize sẽ trao cho bất kỳ ai 20 triệu dollar Mỹ nếu họ cho hạ cánh thành công một thiết bị robto xuống Mặt Trăng và đạt được một số tiêu chí do họ quy định.

Ngày 14 tháng 9 năm 2007 Cơ quan Thám hiểm Không gian Nhật Bản đã phóng SELENE một tàu vũ trụ quỹ đạo Mặt Trăng được trang bị một camera có độ phân giải cao và hai vệ tinh nhỏ. Phi vụ này được chờ đợi kéo dài trong một năm.^[65]

[sửa] Sự hiểu biết của con người

Xem thêm: Mặt Trăng trong thần thoại, Mặt Trăng trong nghệ thuật và văn học, Hiệu ứng Mặt Trăng, và Artemis

Bản đồ Mặt Trăng do Johannes Hevelius (1647) vẽ

Mặt Trăng đã là chủ đề của nhiều tác phẩm nghệ thuật và văn học và là nguồn cảm hứng của rất nhiều công trình khác. Nó là một motif trong các môn nghệ thuật thị giác, các môn nghệ thuật biểu diễn, thơ, văn và nhiều môn nghệ thuật khác. Một bức tranh khắc đá có niên đại từ 5,000 năm trước tại Knowth, Ireland có thể thể hiện Mặt Trăng, đây có thể là bức vẽ Mặt Trăng sớm nhất từng được phát hiện.^[66] Trong nhiều nền văn hóa tiền sử và cổ đại, Mặt Trăng được cho là một nữ thần hay các hiện tượng siêu nhiên khác, và các quan điểm chiêm tinh học về Mặt Trăng vẫn còn được tuyên truyền cho đến ngày nay.

Một trong số những giải thích khoa học đầu tiên của thế giới Phương Tây về Mặt Trăng là của nhà triết học Hy Lạp Anaxagoras (năm 428 trước Công Nguyên), ông suy luận rằng cả Mặt Trời và Mặt Trăng đều là các thiên thể hình cầu lớn bằng đá, và rằng Mặt Trăng phản chiếu ánh sáng của Mặt Trời. Quan điểm vô thần của ông về các bầu trời là một trong những nguyên nhân khiến ông bị bắt giam và cuối cùng bị trục xuất.^[67]

Theo miêu tả vũ trụ của Aristotle (384–322 trước Công Nguyên), Mặt Trăng là biên giới giữa các bầu trời của các nguyên tố có thể biến đổi (đất, nước, không khí và lửa), và các ngôi sao bất diệt của ête. Sự phân chia này đã là một phần của vật lý học trong nhiều thế kỷ sau đó.^[68]

Mặt Trăng tương phản với Vành đai Venus

Ở thời Chiến quốc tại Trung Quốc, nhà thiên văn học Shi Shen (thế kỷ thứ 4 trước Công Nguyên) đã đưa ra những lý luận để phán đoán Nhật thực và Nguyệt thực dựa trên các vị trí tương quan của Mặt Trời và Mặt Trăng.^[69] Dù người Trung Quốc ở thời Hán (202 BC–202 AD) tin rằng Mặt Trăng là nguồn năng lượng tương đương qi, lý thuyết 'ảnh hưởng bức xạ' của họ công nhận rằng ánh sáng của Mặt Trăng chỉ đơn giản là sự phản chiếu của Mặt Trời (đã được Anaxagoras đề cập ở trên).^[70] Điều này được các nhà tư tưởng chủ đạo như Jing Fang (78–37 trước Công Nguyên) và Zhang Heng (78–139 AD) ủng hộ, những cũng bị nhà triết học có tầm ảnh hưởng là Wang Chong (27–97 AD) phản đối.^[70] Jing Fang đã lưu ý tới hình cầu của Mặt Trăng trong khi Zhang Heng đã miêu tả chính xác về nhật thực và nguyệt thực.^[70][71] Những điều quả quyết đó được Shen Kuo (1031–1095) thời Nhà Tống (960–1279) ủng hộ, ông đã tạo ra một biểu tượng giải thích thời kỳ trăng khuyết và trăng tròn tương tự như một quả bóng tròn bạc tròn phản chiếu, mà khi được phủ bột trắng và nhìn từ phía bên, sẽ có hình lưỡi liềm.^[72] Ông cũng ghi chú rằng lý do Mặt Trời và Mặt Trăng không che khuất nhau mỗi lần trùng vị trí bởi có một lượng xiên nhỏ trong đường quỹ đạo của chúng.^[72]

Tới thời Trung Cổ, trước khi kính viễn vọng được phát minh, ngày càng có nhiều người công nhận Mặt Trăng là hình cầu, dù họ tin rằng nó "nhẵn hoàn hảo".^[73] Năm 1609, Galileo Galilei vẽ một trong những hình vẽ qua kính thiên văn đầu tiên về Mặt Trăng trong cuốn sách Sidereus Nuncius của ông và ghi chú rằng nó không nhẵn mà có các ngọn núi và các miệng núi lửa. Sau này ở thế kỷ 17, Giovanni Battista Riccioli và Francesco Maria Grimaldi đã vẽ một bản đồ Mặt Trăng và đặt tên cho nhiều miệng núi lửa, những tên này vẫn được giữ đến ngày nay.

Hình từ bộ phim câm Le Voyage dans la Lune (1902) (Cuộc du hành đến Mặt Trăng) của Georges Méliès

Trên các tấm bản đồ, những phần tối trên bề mặt Mặt Trăng được gọi là maria (các biển), và những phần sáng được gọi là terrae (lục địa). Khả năng Mặt Trăng có một số loại thực vật và có người Mặt Trăng sinh sống đã được xem xét một cách nghiêm túc bởi một số nhà thiên văn học nổi tiếng, thậm chí ở ngay những thập kỷ đầu tiên của thế kỷ 19. Sự tương phản giữa phần cao nguyên sáng và biển tối tạo nên những mô hình được các nền văn hóa khác nhau coi là những Người trên Mặt Trăng, thỏ và trâu, cùng nhiều hình tượng khác.

Năm 1835, Trò lừa Vĩ đại về Mặt Trăng khiến một số người nghĩ rằng có một số loại động vật kỳ lạ đang sống trên Mặt Trăng.^[74] Tuy nhiên, hầu như cùng lúc đó (trong giai đoạn 1834–1836), Wilhelm Beer và Johann Heinrich Mädler đã xuất bản cuốn bản đồ bốn tập Mappa Selenographica và cuốn sách Der Mond năm 1837, đưa ra kết luận rõ ràng rằng Mặt Trăng không có nước cũng như không có khí quyển đích thực.

Phía không nhìn thấy được của Mặt Trăng hoàn toàn không được biết tới cho tới khi tàu vũ trụ Luna 3 được phóng đi năm 1959, và đã được Chương trình Lunar Orbiter vẽ bản đồ kỹ trong thập niên 1960.

[sửa] Tình trạng pháp luật

Bài chi tiết: Luật vũ trụ

Dù nhiều lá cờ của Liên bang Xô viết đã được Luna 2 thả xuống Mặt Trăng năm 1959 cũng như trong các phi vụ hạ cánh sau đó, và những lá cờ Hoa Kỳ cũng đã được cắm mang tính biểu tượng xuống Mặt Trăng, không quốc gia nào hiện tuyên bố quyền sở hữu với bất kỳ phần bề mặt nào của Mặt Trăng. Nga và Hoa Kỳ là các bên trong Hiệp ước Vũ trụ, đặt Mặt Trăng dưới cùng quyền tài phán như lãnh hải quốc tế (tiếng Latin: res communis). Hiệp ước này cũng giới hạn việc sử dụng Mặt Trăng vào các mục đích hòa bình, cấm đặt các căn cứ quân sự và vũ khí hủy diệt hàng loạt (gồm cả vũ khí hạt nhân).^[75]

Một hiệp ước thứ hai, Hiệp ước Mặt Trăng, đã được đề xuất nhằm hạn chế việc khai thác các nguồn tài nguyên trên Mặt Trăng bởi bất kỳ một quốc gia riêng biệt nào, nhưng nó vẫn chưa được bất kỳ quốc gia nào có khả năng lên Mặt Trăng ký kết. Nhiều cá nhân đã đưa ra những tuyên bố sở hữu một phần hay toàn bộ Mặt Trăng, dù không một tuyên bố nào trong số đó được coi là đáng tin cậy.^[76]

[sửa] Xem thêm

Chủ đề Hệ Mặt Trời

[sửa] Tham khảo

Trích dẫn

Chung

[sửa] Liên kết ngoài

Tìm thêm về Moon tại một trong những đồng dự án của Wikipedia:
	Wiktionary – từ điển
	Wikibooks – sách giáo khoa
	Wikiquote – danh ngôn
	Wikisource – văn kiện
	Commons – hình ảnh

Hình ảnh và bản đồ

• Constantine, M. (2004). "Apollo Panoramas". moonpans.com. Được truy cập ngày 2007-04-12.
• "Clementine Lunar Image Browser 1.5". U.S. Navy (2003-10-15). Được truy cập ngày 2007-04-12.
• "Digital Lunar Orbiter Photographic Atlas of the Moon". Lunar and Planetary Institute. Được truy cập ngày 2007-04-12.
• "Google Moon". Google (2007). Được truy cập ngày 2007-04-12.
• "Lunar Atlases". Lunar and Planetary Institute. Được truy cập ngày 2007-04-12.
• Aeschliman, R.. "Lunar Maps". Planetary Cartography and Graphics. Được truy cập ngày 2007-04-12.
• "Lunar Photo of the Day" (2007). Được truy cập ngày 2007-04-12.
• "Moon". World Wind Central. NASA (2007). Được truy cập ngày 2007-04-12.
• "The Moon: 50 fantastic features". Skymania (2007). Được truy cập ngày 2007-09-29.
• Video of Earth rising from moon orbit by the camera of the JAXA (Japanese) satellite Kaguya. (The Earth only appearse to rise because of the orbiting satellite. Seen from the moon surface, the earth doesn't move since the moon always shows the same side to the earth.)

Thám hiểm

• Jones, E.M. (2006). "Apollo Lunar Surface Journal". NASA. Được truy cập ngày 2007-04-12.
• "Exploring the Moon". Lunar and Planetary Institute. Được truy cập ngày 2007-04-12.
• Teague, K. (2006). "The Project Apollo Archive". Được truy cập ngày 2007-04-12.

Các tuần trăng

• "Current Moon Phase" (2007). Được truy cập ngày 2007-04-12.
• "NASA's SKYCAL - Sky Events Calendar". NASA Eclipse Home Page. Được truy cập ngày 2007-08-27.
• "Virtual Reality Moon Phase Pictures". U.S. Naval Observatory. Được truy cập ngày 2007-04-12.
• "Find moonrise, moonset and moonphase for a location" (2008). Được truy cập ngày 2008-02-18.

Khác

• "All About the Moon". Space.com (2007). Được truy cập ngày 2007-04-12.
• Earth's Moon Profile by NASA's Solar System Exploration
• "Archive of Moon Articles". Planetary Science Research Discoveries (2007). Được truy cập ngày 2007-04-12.
• Williams, D.R. (2006). "Moon Fact Sheet". NASA. Được truy cập ngày 2007-04-12.
• "Moon Wiki" (2007). Được truy cập ngày 2007-09-06.
• Cain, Fraser. "Where does the Moon Come From?". Universe Today. Được truy cập ngày 2008-04-01.
• Moon articles from Planetary Science Research Discoveries

Các nguồn bản đồ

• Map of the Moon
• Lunar nomenclature
• PDS Map-a-Planet

Tiêu bản:Mặt Trăng Tiêu bản:Các vệ tinh trong Hệ Mặt Trời

Hệ Mặt Trời
Mặt Trời	Hành tinh ☾ = Vệ tinh tự nhiên ∅ = Vòng đai hành tinh		Sao Thủy	Sao Kim	Trái Đất ☾	Sao Hỏa ☾
			Sao Mộc ☾ ∅	Sao Thổ ☾ ∅	Sao Thiên Vương ☾ ∅	Sao Hải Vương ☾ ∅
	Hành tinh lùn		Ceres	Sao Diêm Vương ☾	Eris Dysnomia
	Vật thể nhỏ trong Hệ Mặt Trời	Thiên thạch (Tiểu hành tinh)	Thiên thạch: Nhóm Vulcanoid · Thiên thạch gần Trái Đất · Vòng đai thiên thạch Jupiter Trojans · Nhóm Centaur · Vệ tinh của các thiên thạch · Vẫn thạch
			Xem thêm Danh sách thiên thạch.
		Vật thể ngoài Sao Hải Vương	Vành đai Kuiper – Nhóm Plutino: Orcus · Ixion – Nhóm Cubewano: Varuna · Quaoar
			Đĩa phân tán: Sedna
		Sao chổi	Danh sách sao chổi theo chu kỳ và Danh sách sao chổi không theo chu kỳ · Nhóm Damocloid · Đám mây Oort