Księżyc - FAQ

Czasem podobny jest do dużej litery C.
Czasem do dużego D, a czasem do wielkiego O.
Kolego śpiących – szanowny Księżycu!
Poeci robią marzyciela z ciebie.
A ty zwykłe litery piszesz wciąż na niebie.
ks. Jan Twardowski

Co warto wiedzieć o Księżycu - wiernym towarzyszu naszej kosmicznej podróży? Oto ponad dwa tuziny intrygujących pytań, które można o nim zadać, i na które warto znać odpowiedzi. Zapraszamy do zadawania kolejnych (w komentarzach) o wszystko, co zawsze o Księżycu chcieliście wiedzieć, a nie mieliście kogo zapytać. Postarają się odpowiedzieć na nie nasi eksperci w zakresie astronomii.

Jeśli nie podano inaczej, poniższe informacje dotyczą Układu Słonecznego. 

To ciało niebieskie obiegające planetę, planetę karłowatą lub planetoidę. Dokładniej rzecz ujmując, planeta i jej księżyce krążą wokół wspólnego środka masy i jeśli są porównywalnej wielkości, trudno odróżnić, co w tym układzie jest planetą, a co księżycem. Dlatego największy obiekt z takiego układu jest nazywany planetą, a jeśli rozmiary obiektów są zbliżone, mówi się raczej o planetach podwójnych (np. układ Pluton−Charon może być traktowany jako podwójna planeta karłowata).

Wydawałoby się, że ziemski Księżyc (ten pisany wielką literą) to jedyny naturalny satelita naszej planety. Nie jest to jednak tak oczywiste. Istnieją bowiem tzw. księżyce Kordylewskiego - krążące wokół Ziemi obłoki pyłu, ale są one prawdopodobnie przejściowe, więc nie są uznawane za satelity. Ponadto odkryto cztery planetoidy, które krążą wokół Ziemi po podkowiastych orbitach (pierwszą w 1986, a najnowszą w 2002 roku), ale te orbity są zbyt niestabilne, aby astronomowie uznali te planetoidy za satelity. Na razie więc Księżyc pozostaje samotny w swojej wędrówce wokół Ziemi.

W Układzie Słonecznym tylko planety przysłoneczne (tzn. Merkury i Wenus) nie mają w ogóle księżyców. Począwszy od Ziemi wszystkie planety położone dalej od Słońca mają księżyce. Posiadają je także trzy planety karłowate: Pluton, Humea i Eris. Najmniej księżyców ma Ziemia oraz planeta karłowata Eris (1), drugi jest Mars i planeta karłowata Humea (2), na trzecim miejscu jest Pluton (5). Pozostałe planety mają księżyców znacznie więcej.

W całym Układzie Słonecznym znamy 173 księżyce planet, a jeśli doliczymy księżyce planet karłowatych, to 181. Rekordzistami pod względem liczby księżyców są nasze dwa gazowe olbrzymy: Jowisz (67) i Saturn (62). Na trzecim i czwartym miejscu są lodowe olbrzymy: Uran (27) i Neptun (13).

Poza ziemskim Księżycem, który jest oczywiście doskonale widoczny w nocy, do obserwacji pozostałych potrzebne są lornetki (księżyce galileuszowe - patrz niżej), lunety, a do najmniejszych obiektów - superczułe teleskopy. Najwcześniej zauważone były cztery największe księżyce Jowisza (Io, Europa, Ganimedes i Kallisto) - zaobserwował je Galileusz w 1610 roku, stąd ich wspólna nazwa. Kolejnym był największy z księżyców Saturna - Tytan - zaobserwowany przez Christiana Huygensa w 1655 roku. Najświeższe odkrycia to z kolei najmniejsze księżyce Jowisza (S2011/J1 i S2011/J2) - zaobserwowane, jak wskazują ich tymczasowe nazwy, w 2011 roku (przez Scotta Shepparda z USA). Mają zaledwie 500 m średnicy i krążą po orbitach o promieniach wynoszących ok. 20 i 23 milionów km.

W rankingu wielkości wśród innych księżyców nasz jest jednym z większych. Zajmuje piąte miejsce (ze średnicą 3476 km). Większe są tylko trzy księżyce Jowisza: Ganimedes (5262 km), Kallisto (4821 km) i Io (3643 km) oraz Tytan (5150 km) – księżyc Saturna. Najmniejsze znane dziś księżyce mają średnice rzędu 300-500 metrów.

Księżyc jest obiektem skalistym i dlatego w rankingu księżyców jest stosunkowo ciężki. Co prawda jest dwa razy lżejszy niż Ganimedes - największy księżyc w Układzie Słonecznym, ale jego gęstość (która wynosi średnio 3346,4 kg/m³) czyni go drugim pod tym względem (zaraz po Io). Promień stałego jądra Księżyca (zbudowanego głównie z żelaza) wynosi około 120 km, co stanowi 7% promienia Księżyca i jest to stosunkowo mało wśród obiektów skalistych, których stała jądra zajmują ok. 20% promienia.

Średnia odległość Księżyca od Ziemi (dokładniej: środka Księżyca od środka Ziemi) to ponad 110 jego średnic lub 30 średnic ziemskich i prawie 10 razy tyle, co długość ziemskiego równika, co łatwo zapamiętać. Wynosi ona 384 400 km. Najbliżej swojej planety krąży Fobos - satelita Marsa - po orbicie o promieniu 9400 km. Najdalsze księżyce krążą w odległości 46 i 48 milionów km od planety (to księżyce Neptuna - Psamanthe i Neso).

Miesiąc, czyli czas obiegu księżyca wokół planety, na ziemskim Księżycu wynosi około 27 ziemskich dób. Najkrótsze okresy obiegu wynoszą niewiele ponad 7 godzin (Najada - satelita Neptuna oraz Adrastea i Metis - Jowisza), a najdłuższe - ponad 25 lat (Neso - satelita Neptuna).

Pod względem wielkości oba ciała niebieskie są porównywalne - średnica Księżyca to trochę więcej niż jedna czwarta średnicy Ziemi. Z tego względu mogą być uważane przez obserwatorów spoza Układu Słonecznego za planetę podwójną. Jednak z ziemskiego punktu widzenia Księżyc jest znacznie mniejszy od Ziemi i dlatego to on jest naszym księżycem, a nie my jego. Masa Księżyca stanowi 0,01 masy Ziemi (i wynosi 7,3·10²² kg), a jego objętość – 0,02 objętości Ziemi.

Ziemia ma ponad 1,6 raza większą gęstość niż Księżyc (jest najgęstszą planetą w Układzie słonecznym), głównie za sprawą stałego jądra, które zbudowane jest z żelaza i niklu, a jego promień stanowi około 20% promienia Ziemi (pod względem wielkości jest ono zbliżone do Księżyca).

Powstał około 4,6 miliarda lat temu, czyli około 30-50 miliardów lat po uformowaniu się Układu Słonecznego. Istnieje kilka teorii wyjaśniających jego pochodzenie, np. że oderwał się od skorupy ziemskiej wskutek działania siły odśrodkowej, pozostawiając wyrwę w postaci basenu, który wypełnia dziś Ocean Spokojny, albo że powstał niezależnie od Ziemi gdzieś w kosmosie i został przez nią przechwycony jako satelita. Jednak najpopularniejsza wśród naukowców jest hipoteza wielkiego zderzenia, czyli kolizji między młodziutką wówczas Ziemią, a mniejszą planetą Theą (wielkości Marsa). Odłamki materii wyrzucone w ten sposób w przestrzeń kosmiczną połączyły się ponownie na orbicie ziemskiej, tworząc Księżyc (w mitologii greckiej Thea była matką bogini Księżyca – Selene).

Z greki Księżyc nazywa się Selene, a po łacinie - Luna. Nazwy te pochodzą od imion bogiń. W przeciwieństwie do naturalnych satelitów wszystkich innych planet, ziemski nie ma żadnej specjalnej nazwy. Mówi się nań po prostu Księżyc (i pisze wielką literą).

Starosłowiańska nazwa księżyc odnosiła się pierwotnie tylko do tzw. młodego Księżyca (czyli cienkiego rogalika między między nowiem a pierwszą kwadrą) i oznaczała tyle, co "syn księcia" (syna określano często imieniem ojca z dodanym przyrostkiem „yc”, np. syn Kazimierza to Kazimierzyc) ogólną zaś nazwą księżyca był wówczas miesiąc (bo okrąża Ziemię raz na miesiąc, wyznaczając kalendarzowe miesiące). Później nazw miesiąc i księżyc używano zamiennie, mówiono np. dwa księżyce temu, a w końcu nazwy Księżyc zaczęto używać na określenie go w dowolnej fazie.

Jest elipsoidą (przypomina lekko spłaszczoną kulę) o współczynniku spłaszczenia s = 0,0012, gdzie s = (R_r–R_b)/R_r, a R_r i R_b to odpowiednio długości promieni poprowadzonych ze środka do punktu na równiku (3476 km) oraz do jednego z biegunów (3472 km). Dla Ziemi analogiczny współczynnik spłaszczenia wynosi 0034, a dla idealnej kuli oczywiście 0. Ziemia jest więc bardziej spłaszczona na biegunach niż Księżyc.

Księżyc wiruje wokół własnej osi z prędkością obrotową na równiku 16,7 km/h (pełen obrót wykonuje w 27,3 doby). Ponadto (zgodnie z I prawem Keplera) krąży po orbicie eliptycznej wokół Ziemi (pełny obieg wykonuje w podobnym czasie, co obrót). Najbliższe Ziemi położenie Księżyca nazywane jest perygeum (tzn. przy Ziemi) i leży w odległości 363104 km, a
najdalsze nazywane apogeum (tzn. oddalony od Ziemi) - w odległości 405696 km. Spłaszczenie orbity Księżyca obliczane jako (a-b)/a, gdzie a jest długością półosi wielkiej, a b - długością półosi małej elipsy wynosi s = 0,11, a mimośród tej elipsy, który także mierzy jej ekscentryczność, czyli odchylenie od kształtu kolistego, obliczany jako stosunek odległości ogniska od środka elipsy i długości jej półosi wielkiej wynosi e = 0,055 (dla orbity kołowej wynosiłby 0, a dla parabolicznej 1).

Prędkość orbitalna Księżyca (zgodnie z II prawem Keplera) nie jest stała. Przyspiesza on w okolicy perygeum, a zwalnia w okolicy apogeum, aby pola zakreślane w płaszczyźnie orbity przez promień wodzący Księżyca zaczepiony w środku Ziemi w jednostce czasu były stałe. Maksymalna prędkość Księżyca w ruchu obiegowym wokół Ziemi wynosi 1,08 km/s, a minimalna - 0,97 km/s.

Można powiedzieć, że wygląda podobnie jak Księżyc obserwowany z Ziemi, czyli zachowuje się jak satelita Księżyca. Występuje też zjawisko faz Ziemi (nów, pierwsza kwadra, pełnia i ostatnia kwadra). Ale są pewne różnice. Ponieważ jest planetą, Ziemia świeci tylko odbitym światłem słonecznym, podobnie jak Księżyc, ale ma gęstszą atmosferę, która mniej światła słonecznego przepuszcza, a więcej odbija, dlatego Ziemia "świeci" znacznie mocniej niż Księżyc. Albedo, czyli odbijalność (tzn. ilość światła odbijanego przez ciało niebieskie w stosunku do ilości światła nań padającego) dla Księżyca wynosi średnio 0,12, a dla Ziemi 0,49, chociaż wartość ta zależy m. in. od szerokości geograficznej, zachmurzenia i pory roku (śnieg, stan roślinności) i może wahać się od 10 do 80. Ponieważ większą część powierzchni Ziemi zajmują morza, nie świeci ona "na srebrno" jak Księżyc, który nazywany jest przecież "srebrnym globem", ale  ma kolor niebieskawy, stąd jej potoczna nazwa "niebieska planeta". Efekt ten widać wyraźnie na zdjęciach wykonanych z Księżyca.

Każdy widzi. Jednak nie każdy wie, że Księżyc "świeci" bardzo słabo. Strona zwrócona do Ziemi (ze względu na pochłanianie przez ciemne morza magmowe) odbija zaledwie 7% padającego nań światła, co jest najsłabszym wynikiem w Układzie Słonecznym. Ponadto poza pełnią na powierzchni powstają dodatkowe cienie rzucane przez góry i kratery, co sprawia, że podczas pierwszej i ostatniej kwadry jasność Księżyca zmniejsza się w stosunku do pełni nie dwukrotnie, ale aż 10-krotnie Tylko kontrast z ciemnym niebem powoduje, że postrzegamy Księżyc jako świecący bardzo jasno (jasność Księżyca w pełni wynosi -12,6 magnitudo, dla porównania jasność Słońca to -26, 8 magnitudo, a jasność Ziemi widzianej z Księżyca ???).

Odpowiedź na pytanie, dlaczego Księżyc wygląda właśnie tak, jak wygląda, wcale nie jest prosta. Dlatego rozbijemy ją na kilka kolejnych pytań.

Tę stronę Księżyca widać z Ziemi.	A tej strony nie widać..

Utarło się myśleć, ze Słońce świeci w dzień, a Księżyc w nocy. Tymczasem bardzo często Księżyc widać wyraźnie w ciągu dnia. Ponadto większość ludzi nie zdaje sobie sprawy z tego, że Księżyc jest widoczny na niebie na ogół tylko przez kilka godzin (z wyjątkiem okolic pełni, kiedy widać go przez całą noc). Wschody Księżyca w różne dni następują o różnych porach. Tuż po nowiu Księżyc wschodzi zaraz po Słońcu i nie widać go wcale. W pierwszej kwadrze (czyli tydzień później), jest widoczny wieczorem i zachodzi o północy, a w ostatniej kwadrze wschodzi koło północy i jest widoczny przed świtem. Natomiast podczas pełni Księżyc wschodzi wraz z zachodem Słońca. Dawniej okres letnich pełni nazywano "Księżycem żniwiarzy", bowiem przez kilka dni pełna tarcza wschodziła równocześnie z zachodzącym Słońcem, co pozwalało kończyć zbieranie plonów przy księżycowym świetle.

Częstym błędem popełnianym przy obserwacji Księżyca jest pogląd, że najlepiej widać go w czasie pełni. Wtedy jednak nie występują cienie rzucane przez góry i kratery. W I i III kwadrze można dzięki nim dostrzec wyraźniej rzeźbę terenu Księżyca.

Czasy pełnego obiegu Księżyca wokół Ziemi i jego obrotu wokół własnej osi są jednakowe (wynoszą 27,3 doby). Okres ten nazywamy miesiącem syderycznym. To właśnie synchronizacja obu tych ruchów powoduje, że Księżyc zawsze skierowany jest do Ziemi ta samą stroną i nigdy nie odwraca się do nas "tyłem". W praktyce z powodu pewnych drobnych wahań zwanych libracją z Ziemi widzimy okresowo jeszcze wąski pas brzegowy drugiej strony Księżyca, co po raz pierwszy zauważył Galileusz w 1637 roku. Odpowiednio długo prowadzone obserwacje Księżyca pozwalają zobaczyć nie 50 ale 59% jego powierzchni. Na zdjęciu obok widzimy mapę Księżyca z dzieła Jana Heweliusza "Selenographia" (1647) z zaznaczonym efektem libracji.

Strony niewidocznej z Ziemi nie należy mylić ze stroną ciemną (w danym momencie nieoświetloną przez Słońce). Na przykład w czasie nowiu to właśnie strona widoczna jest ciemna.

Podczas wschodu i zachodu, kiedy jest nisko nad horyzontem, Księżyc wydaje się znacznie większy niż gdy jest wysoko na niebie. Jest to złudzenie optyczne spowodowane nieznacznym zwiększeniem odległości od obserwatora i prowadzeniem obserwacji przez grubszą warstwę atmosfery w porównaniu z zenitem.

Z drugiej strony Księżyc krąży po orbicie eliptycznej, więc raz jest bliżej, a raz istotnie dalej od Ziemi. Wizualnie, zgodnie z zasadami perspektywy, odbieramy to jako większy i mniejszy Księżyc. Średnica kątowa jego tarczy w perygeum (czyli najbliżej Ziemi) wynosi 0°33'28", a w apogeum 0°29'55".

Gdy będąc w perygeum, Księżyc osiągnie jednocześnie pełnię, mamy do czynienia ze zjawiskiem nazywanym Superksiężycem. Jest wtedy dla ziemskich obserwatorów do 14% większy i do 30% jaśniejszy niż podczas pełni w apogeum.

W ciągu miesiąca obserwujemy, że kształt Księżyca ulega zmianom. Wynika to z jego okrężnego ruchu wokół Ziemi i z aktualnego położenia na ziemskiej orbicie. Księżyc jest sferycznym lustrem, które odbija światło słoneczne. Oświetlona jest zawsze jego połowa zwrócona ku Słońcu, ale w zależności od ustawienia Księżyca i Słońca względem Ziemi, widzimy różne części tej oświetlonej połówki.

Powstaje pytanie, dlaczego czas pełnego obiegu Księżyca wokół Ziemi (wynoszący 27,3 doby) jest o dwa dni krótszy niż wynikający z tego ruchu czas od pełni do pełni (obserwowanej z tego samego punktu na Ziemi). Okresy te byłyby równe, gdyby układ Ziemia-Księżyc nie wykonywał żadnych dodatkowych ruchów. Tymczasem przemieszcza się on wokół Słońca. W czasie gdy Księżyc wykona jedno obejście orbity ziemskiej, nie znajdzie się już nad tym samym punktem na Ziemi, z którego wyruszył, bo Ziemia obróci się się o pewien kąt na orbicie wokół Słońca, czyli po 27 dniach pełnia nie będzie obserwowana w tym samym punkcie Ziemi, co poprzednio. Księżyc potrzebuje jeszcze 2 dni, aby ten punkt dogonić.Opis tego cyklu zmian zacznijmy od nowiu, gdy Księżyca w ogóle nie widać na niebie. Znajduje się on wtedy między Ziemią a Słońcem (ale nie na jednej prostej, bo wtedy obserwowalibyśmy zaćmienie Słońca), a jego oświetlona część jest od nas odwrócona tyłem, więc jej nie widzimy. Później tarcza Księżyca zaczyna się w ciągu kolejnych nocy stopniowo pojawiać, przypominając sierp (tzw. Księżyc sierpowaty przybywający), aż po tygodniu widzimy prawą połowę oświetlonej tarczy, czyli ćwiartkę całego księżycowego globu, dlatego ten moment nazywamy kwadrą, a dokładniej pierwszą kwadrą. W kolejnych nocach tarczy Księżyca na niebie nadal przybywa i mamy tzw. Księżyc garbaty przybywający, aż po kolejnym tygodniu na niebie widoczne jest pełne koło i mamy pełnię. Ziemia znajduje się wtedy między Słońcem a Księżycem (ale znowu nie na jednej prostej, bo wtedy obserwowalibyśmy zaćmienie Księżyca). Potem widoczna część tarczy zaczyna się zmniejszać i mamy tzw. Księżyc garbaty ubywający, aż w ciągu tygodnia osiągnie następną fazę - trzecią kwadrę, kiedy widoczna jest lewa połowa oświetlonej połowy Księżyca, a na niebie znowu widać półkole. W ciągu kolejnego tygodnia Księżyca nadal ubywa, jego tarcza na niebie przyjmuje kształt sierpa (tzw. Księżyc sierpowaty ubywający), aż całkiem znika i wtedy Księżyc znowu jest w nowiu. Czas przejścia Księżyca przez wszystkie fazy cyklu trwa 29,5 doby, a kolejne fazy następują w przybliżeniu co 7 dni. Czas od pełni do pełni nazywamy miesiącem synodycznym. W dawnych wiekach stał się on podstawą podziału roku kalendarzowego na miesiące i tygodnie.

Obserwując Księżyc kilka dni przed nowiem lub po nowiu, kiedy widoczny jest na niebie w postaci sierpa, można zauważyć, że pozostała część tarczy (ta nieoświetlona przez Słońce) jest bardzo słabo, ale także widoczna. Widzimy wtedy na niebie jasny sierp księżycowy i słabą poświatę dopełniającą go do koła. Skąd bierze się to dopełnienie? Pamiętajmy, że "świeci" także Ziemia, częścią odbitego światła słonecznego. Ciemną część tarczy Księżyca oświetla właśnie światło odbite od Ziemi i rozproszone przez jej atmosferę. Jest ono bardzo słabe i nazywa się światłem popielatym. Z Ziemi widzimy je więc podwójnie odbite: raz od Ziemi i drugi raz od Księżyca. Dlatego jest tak słabe.

To, w którą stronę zwrócony jest półksiężyc, zależy od szerokości geograficznej punktu obserwacji. Na półkuli północnej w I i III kwadrze widzimy kształty liter C i D, na południowej - ich symetryczne odbicia, a w pobliżu równika Księżyc przybiera kształt łódki (litery D leżącej brzuszkiem do góry lub na dół).

19) Dlaczego Księżyc nosi czasem lisią czapę?

Lisia czapa to zjawisko księżycowego halo (jest też halo słoneczne). Jest to jakby świetlista aureola, rozciągająca się najczęściej na szerokość kątową 22°, co jest znaczącym wynikiem w porównaniu z szerokością kątową samej tarczy Księżyca wynoszącą ok. 30'. Jest to zjawisko atmosferyczne, nie astronomiczne, bowiem lisia czapa powstaje wtedy, gdy Księżyc przysłaniają chmury lub mgła zbudowane z malutkich kryształków lodu. Każdy z nich działa jak pryzmat i powoduje załamanie światła. Obręcz halo jest pozornym obrazem tarczy Księżyca powstałym na chmurze.

W Biblii znajdujemy opis krwawego Księżyca, który towarzyszył ukrzyżowaniu Chrystusa. Czerwone zabarwienie występuje podczas każdego całkowitego zaćmienia Księżyca (które trwa znacznie dłużej niż zaćmienia Słońca - zazwyczaj około godziny), kiedy wchodzi on całkowicie w cień Ziemi. Wówczas nie pada nań bezpośrednio światło słoneczne, a tylko to z obręczy widocznej wokół Ziemi, a że promienie te przechodzą pod małym kątem przez ziemską atmosferę, mają kolor czerwony i to światło oświetla Księżyc. Czerwień pojawia się ze względu na większe rozpraszanie barwy niebieskiej i fioletowej w atmosferze Ziemi, a intensywność tej czerwieni zależy od wielu czynników, m. in. od ilości pyłów i gazów. Podobny efekt obserwujemy podczas "krwistych" wschodów i zachodów Słońca, kiedy widzimy jego tarczę przez grubą warstwę atmosfery, w której nisko przy powierzchni Ziemi utrzymują się pyły i inne zanieczyszczenia, co zdarza się np. w okresach długotrwałej suszy. Szansa na zobaczenie czerwonawego Księżyca także nadarza się podczas jego wschodów. Powodem jest znowu atmosfera Ziemi.

Patrząc na Księżyc lub analizując zdjęcia jego powierzchni, widzimy na niej ciemniejsze i jaśniejsze miejsca. Czym są te dziwne kształty? To góry i kratery (obszary jasne) oraz morza księżycowe (obszary ciemne), przy czym morza (wbrew nazwie) nie są wypełnione wodą, jak myśleli dawni astronomowie, ale zastygłą lawą, która wypełniła niektóre kratery uderzeniowe. Księżycowe morza występują zwłaszcza po tej stronie, którą widać z Ziemi - zajmują 31% jej powierzchni i 2% po stronie niewidocznej, na której przeważają góry i kratery (średnia wysokość jest po tej stronie o 2 km większa). Pierwsze obserwacje plam na Księżycu prowadził Galileusz w 1609 roku za pomocą wynalezionego przez siebie teleskopu. Zwrócił uwagę na jasne plamy znajdujące się w nieoświetlonej części, które rosły w miarę jak Księżyc zbliżał się do pełni. Zrozumiał, że jasne plamy są górami, do których promienie słoneczne docierały wcześniej. Na podstawie długości cieni wyliczył ich wysokości. Zwrócił też uwagę, że niektóre układają się w podłużne łańcuchy, a inne tworzą kręgi.

Nazwa "góry" wzięła się stąd, że są to obszary położone wyżej niż morza, ale poza tym mają niewiele wspólnego z górami ziemskimi. Nie powstały na skutek ruchów tektonicznych, ale w wyniku zderzeń kosmicznych. Po kolizji z asteroidą lub kometą powstawały ogromne kratery, których część wypełniła magma (tworząc bazaltowe morza). Na brzegach kraterów powstawały pierścienie po falach uderzeniowych utworzone z wyrzuconej w wyniku zderzenia materii, czyli właśnie dzisiejsze góry. Widać je wyraźnie na zamieszczonym obok zdjęciu krateru Dedala (ciemne plamy to głębokie cienie gór).

Ze względu na mały kąt nachylenia osi obrotu Księżyca do płaszczyzny orbity wokół Słońca, który wynosi 1,5° (dla Ziemi są to 23°), na biegunach szczyty niektórych gór są zawsze oświetlone, a dna niektórych kraterów zawsze pozostają w cieniu. Ze względu na brak atmosfery i związany z nim brak erozji, większość niezalanych lawą kraterów uderzeniowych zachowała się w stanie pierwotnym. Największy z nich - basen South Pole Aitken - ma średnicę 2240 km i głębokość 13 km. Leży po niewidocznej stronie Księżyca. Największy krater widoczny z Ziemi to Imbrium o średnicy 1160 km i głębokości 3 km.

Księżycowe morza mają bardzo poetyckie nazwy, np. Ocean Burz, Morze Deszczów, Morze Chmur, Morze Jasności, Morze Nektaru, Jezioro Doskonałości, Zatoka Rosy, czy Zatoka Tęczy, ale jest też Bagno Zgnilizny.

Nazwy księżycowych kraterów pochodzą od nazwisk słynnych uczonych, w tym matematyków (wcześniej także władców działaczy i artystów). Na mapie Księżyca z 1645 roku widnieją m. in. kratery honorujące Polaków: Władysława IV Wazę, księcia Jana Kazimierza, Stanisława Koniecpolskiego, Jerzego Ossolińskiego i ród Zamojskich, a także Mikołaja Kopernika i Jana Heweliusza. Te dwa ostatnie nazwiska pozostały tam do dziś (choć zmieniono im kratery). Mapa z 1802 roku zawierała dodatkowo kratery Stanisława Lubienieckiego i Witelona.  W XX wieku dodano jeszcze kratery Marii Skłodowskiej-Curie (1961), Tadeusza Banachiewicza (1964) oraz Witolda Ceraskiego, Władysława Dziewulskiego, Jana Gadomskiego, Kazimierza Graffa, Mariana Kowalskiego, Wacława Sierpińskiego, Mariana Smoluchowskiego i Jana Śniadeckiego (1970), a także Franciszka Armińskiego i Zygmunta Wróblewskiego (1976), Felicjana Kępińskiego i Marcina Poczobutta-Odlanickiego (1979), Ary'ego Sternfelda (1991) oraz Bernarda Wapowskiego (2009). Z wymienionych kraterów 8 znajduje się na widocznej stronie Księżyca (Copernicus, Hevelius, Lubiniezky, Vitello, Banachiewicz, Armiński, Kepinski i Wapowski). Największe z nich to Poczobut (średnica 212 km), Sklodowska (126 km) i Hevelius (114 km), zaś najmniejszy jest Wapowski (12,5 km).

Księżyc to jedyne ciało niebieskie, na którym wylądował człowiek. Do tej pory stanęło na nim 12 osób. Pierwszym był amerykański astronauta Neil Armstrong (zmarł w 2012 roku), który podczas misji Apollo 11 w 1969 roku wykonał słynny "mały krok dla człowieka, ale wielki dla ludzkości". Ostatnim do tej pory człowiekiem na Księżycu był Harrison Schmidt, członek misji Apollo 17 w 1972 roku.

Jednak większość wypraw księżycowych obywała się bez astronautów. Po powierzchni srebrnego globu jeździło do tej pory 6 zdalnie sterowanych łazików: cztery amerykańskie LRV - Lunar Roving Wehicle (skonstruowane przez polskiego inżyniera, przedwojennego absolwenta Politechniki Warszawskiej - Mieczysława Bekkera), dwa radzieckie Łunochody i chiński Yutu (jadeitowy królik).

^{Łaziki księżycowe: LVR, Łunochod, Yutu}

Pierwsze były radzieckie misje bezzałogowe w ramach programu Luna. W 1959 roku pierwsza przezwyciężyła ziemską grawitację i przeleciała w pobliżu Księżyca sonda kosmiczna Łuna 1, w tym samym roku Łuna 2 osiągnęła powierzchnię Księżyca (rozbiła się przy lądowaniu, ale rozrzuciła radzieckie flagi), a Łuna 3 wykonała pierwsze zdjęcia niewidocznej z Ziemi strony Księżyca. Pierwsze udane lądowanie na Księżycu należało do Łuny 9 i miało miejsce w 1966 roku. Zaraz potem Łuna 10 stała się pierwszym pojazdem bezzałogowym umieszczonym na orbicie Księżyca. W 1969 roku (równolegle z misją Apollo 11) wysłano na Księżyc Łunę 15, ale rozbiła się podczas lądowania. Misja Łuna 16 jako pierwsza powróciła na Ziemię i przywiozła próbki gruntu do badań (podobnie jak Łuna 20, na której po raz pierwszy wykorzystano radziecki łazik - Łunochod). Ostatnią radziecką misją bezzałogową była Łuna 24 w 1976 roku. Wylądowała na powierzchni Księżyca, Łunochod pobrał 170 g gruntu do badań i sonda powróciła na Ziemię. Na tym program zakończono.

Amerykański program badanie Księżyca pod nazwą Apollo odbywał się w latach 1969-72 i polegał na wysłaniu 17 misji załogowych, z czego sześć zakończyło się lądowaniami na Księżycu (Apollo 11, 12, 14, 15, 16, 17, natomiast misji Apollo 13 - zapewne ze względu na jej numer - nie udało się wylądować). Misja Apollo 10 była próbą generalną przed lądowaniem: moduł księżycowy odłączył się od statku i obniżył do 15 km od powierzchni Księżyca. Ze wszystkich lądowań przywieziono materiał do badań, np. tylko z ostatniej misji Apollo 17 przywieziono ponad 110 kg próbek skał. Każda z nich pozostawiła też na powierzchni Księżyca bezobsługową stację badawczą.

Potem nastąpiła długa przerwa w badaniach Księżyca. Związek Radziecki przerzucił się na badania na Wenus i tworzenie stacji kosmicznych, a USA - na Marsa i loty wahadłowców. Łącznie w latach 60. i 70. XX wieku dotarło na Księżyc 65 obiektów latających skonstruowanych przez człowieka. Tylko 18 z nich przeprowadziło kontrolowane lądowania (pozostałe rozbiły się), a z tych jedynie 9 powróciło na Ziemię. Narobiliśmy zatem na Księżycu sporego bałaganu. I kto to teraz posprząta?

Ponowne zainteresowanie eksploracją Księżyca nastąpiło w XXI wieku, nie licząc dwóch sond amerykańskich wystrzelonych w ramach programu Discovery: Clementine (1994) i Lunar Prospectora (1998), których zadaniem było wykonanie map topograficznych i spektralnych, oraz japońskiej sondy orbitalnej Hitten (1990). Do gry o Księżyc włączyły się wówczas Europa i Azja, ale jedyne podejmowane działania polegały na wystrzeleniu sond próbnych i orbitalnych:

• 2003 - pierwszy europejski satelita Księżyca - Smart 1
• 2007 i 2010 - chińskie próbne loty na Księżyc sond Chang'e 1 i Chang' 2
• 2007 - japońska próbna sonda Kaguya
• 2008 - indyjska próbna sonda  Chandrayaan-1
• 2009 - nowy amerykański satelita Księżyca - LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter)
• 2011 - dwie bliźniacze amerykańskie sondy GRAIL
• 2013 - amerykańska sonda LADEE.

W tym czasie żadna z misji nie zakończyła się lądowaniem. Dopiero w 2013 roku w ramach chińskiego programu Chang'e na powierzchni Księżyca (po raz pierwszy od 1976 roku) wylądowała sonda Chang’e 3 z łazikiem Yutu, który przestał działać po 6 tygodniach, po wejściu na 14 dni w strefę nocy księżycowej (zamarzł?). Na 2015 rok przewidziano lądowanie sondy Chang'e 4 z kolejnym łazikiem, a w 2017 roku sonda Chang'e 5 ma lądować na Księżycu i powrócić na Ziemię z próbkami. W dalszej perspektywie Chińczycy planują misje załogowe i budowę bazy na Księżycu.

Inne kraje także mają dalekosiężne plany, co do księżycowych misji, m. in.

• Indie - w 2015 planują wysłanie sondy Chandrayaan 2 z łazikiem oraz misji załogowej do 2030 roku.
• Rosja - do 2018 roku planuje przywrócić program Luna i wysłać bezzałogowe sondy Łuna 25 w celu lądowania i Łuna 26 w celu orbitowania.
• USA - do 2020 planują przywrócenie misji załogowych (w ramach programu Constellation) i utworzenie stałej bazy na jednym z biegunów.

Na 2015 rok zaplanowany jest też finał konkursu Google Lunar X Prize. Jego celem jest wysłanie na Księżyc łazika, który przejedzie co najmniej 500 metrów i prześle na Ziemię zdjęcia. Będzie to pierwsza nierządowa wyprawa kosmiczna.

Przyciąganie grawitacyjne na powierzchni Księżyca jest prawie sześciokrotnie słabsze od ziemskiego (co można łatwo obliczyć ze wzoru na wartość siły grawitacji podanego przez Newtona F = GmM/r², gdzie G jest stałą, m i M to masy oddziałujących ciał, a r to odległość między środkami ich mas; rzeczywiście podstawiając masy i promienie odpowiednio Ziemi i Księżyca, otrzymujemy M_Z/r²_Z : M_K/r²_K ≈ 6,04). Na przykład łazik księżycowy LRV, który na Ziemi ważył 210 kg, na Księżycu - zaledwie 35 kg.

Średnie temperatury powierzchni Ziemi i Księżyca są zbliżone (wynoszą odpowiednio 15°C i 20°C), jednak w rzeczywistości warunki termiczne są na nich drastycznie różne. Temperatura na Księżycu w ciągu dnia osiąga średnio 110°C (a w pełnym słońcu może przekraczać nawet 120°C). W nocy spada średnio do minus 185°C (a minimalna nawet do minus 230°C). Na Ziemi zakres osiąganych temperatur waha się od -88°C do 58°C. Powodem tych różnic jest bardzo rzadka atmosfera Księżyca, która przepuszcza całe promieniowanie cieplne (masa całej atmosfery Księżyca to zaledwie 10⁴ kg, podczas gdy masa atmosfery Ziemi to 5·10¹⁵ ton; ciśnienie atmosferyczne na Księżycu wynosi około 3·10^-13 kPa, a na Ziemi ok. 100 kPa).

Woda jest warunkiem rozwinięcia się i utrzymania biologicznego życia, dlatego jej obecność w kosmosie jest bardzo ważna. Dostarczanie wody z Ziemi do ewentualnych celów kolonizacyjnych byłoby bowiem bardzo kosztowne.

Nawet gdyby na powierzchnię Księżyca dostarczyć wodę, jej cząsteczki rozpadłyby się na tlen i wodór pod wpływem nadfioletu (atmosfera księżycowa jest bardzo rzadka i nie pochłania tego promieniowania), a te z powodu słabej grawitacji uleciałyby w przestrzeń kosmiczną.

Jedynie w obszarach zawsze zacienionych (kratery i bieguny) istnieje możliwość istnienia wody w formie lodu (ze względu na panującą tam temperaturę). Jej zasoby szacuje się na 1 km³. Śladowe ilości wody znaleziono w skałach przywiezionych w czasie misji Apollo, jednak uznano wtedy, że woda dostała się do próbek już na Ziemi na skutek nieszczelności pojemników. Kwestia istnienia wody na Księżycu nie została do dziś rozstrzygnięta.

Pomimo pozostawienia na Księżycu flag USA i Związku Radzieckiego żaden naród nie przypisuje sobie własności tamtejszych gruntów. Według "Traktatu o Przestrzeni Kosmicznej" Księżyc podlega takiej samej jurysdykcji jak wody międzynarodowe, czyli jest dobrem wspólnym wszystkich państw. Ponadto traktat ten zabrania używania Księżyca w celach militarnych.

W 1980 roku Amerykanin Dennis Hope, twierdząc, że znalazł lukę w prawie, zadeklarował zajęcie Księżyca i założył przedsiębiorstwo sprzedające działki na jego widocznej stronie. Dotychczas sprzedał 2 mln z ponad 3 milionów wytyczonych działek w cenie 15 dolarów, co przyniosło mu pokaźny majątek, tym bardziej, że poniesione przy tym koszty były minimalne. Akt własności księżycowej działki nie ma żadnej mocy prawnej, ale stał się oryginalnym prezentem.

Druga umowa międzynarodowa, zwana Traktatem Księżycowym, dotyczyła m.in. eksploatacji złóż księżycowych. Nie została jednak ratyfikowana przez żadne z państw podejmujących misje kosmiczne.

• E. Pittich, D. Kalmančok, Niebo na dłoni,
• J. Mitton, S. Mitton, Szkolny przewodnik po astronomii,