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物理特性月球是地球的同步自轉(zhuǎn)衛(wèi)星，它繞軸自轉(zhuǎn)的周期與繞地球的公轉(zhuǎn)周期是相同的，這使得它幾乎永遠(yuǎn)以同一面朝向地球。它之前以較快的速度旋轉(zhuǎn)，在后來由于地球產(chǎn)生潮汐摩擦，讓其自轉(zhuǎn)速度減慢，直到最后以同一面持續(xù)面對(duì)地球，即潮汐鎖定。我們將月球朝向地球的一面被稱為正面，而相對(duì)的另一面則稱為背面，背面通常也稱為"暗面"，但是事實(shí)上它如同正面一樣會(huì)被照亮。當(dāng)月相為新月時(shí)，我們看到月球的正面是黑暗的，而月球的背面則被太陽照亮。
月球是一個(gè)南北極稍扁、赤道稍許隆起的扁球。它的平均極半徑比赤道半徑短500米。南北極區(qū)也不對(duì)稱，北極區(qū)隆起，南極區(qū)洼陷約400米。但在般計(jì)算中仍可把月球當(dāng)作三軸橢圓體看待。物理天平動(dòng)的研究有助于解決月球形狀問題。通過天平動(dòng)研究還表明，月球重心和幾何中心并不重合，重心偏向地球2公里。這一結(jié)論已為阿波羅登月獲得的資料所證實(shí) 。
表面地形
科學(xué)家曾經(jīng)使用雷射測(cè)高儀和立體影像分析對(duì)月球表面的地形進(jìn)行測(cè)量。月球表面最明顯的地形特征是位于背面的巨大撞擊坑南極-艾托肯盆地，其直徑有2,240公里，是月球上最大的隕石坑，也是太陽系中已知最大的。它的底部是月球上海拔最低的地方，深度達(dá)到13公里。而月球海拔最高的地點(diǎn)則正好就在它的東南方，有人認(rèn)為這個(gè)區(qū)域是造成南極-艾托肯盆地的撞擊所形成的隆起。月球上的其它大撞擊盆地，如雨海、澄海、危海、史密斯海和東方海等，也都擁有低海拔的區(qū)域和高聳的邊緣。月球背面的平均高度比正面高1.9公里。

月球表面
火山地形
在月球表面上用肉眼可以清楚看見有黑暗的，相對(duì)平坦的平原，我們稱之為月海，這是因?yàn)楣糯奶煳膶W(xué)家認(rèn)為這些地方充滿了水 ?，F(xiàn)在，我們知道這些黑暗部分是古代火山爆發(fā)后熔巖漿在洼地凝結(jié)成的廣大玄武巖。和地球的玄武巖類似，月海中的玄武巖含有豐富的鐵，而完全缺乏因水流過而出現(xiàn)的礦物。大多數(shù)噴發(fā)的熔巖漿流入與撞擊盆地相連接的洼地，形成月海 ?，F(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)在月球正面的月海中發(fā)現(xiàn)幾個(gè)擁有盾狀火山和火山穹頂?shù)牡刭|(zhì)分區(qū)，這些是熔巖漿凝結(jié)形成月海的證據(jù) 。
幾乎所有的月海都位于月球正面，占正面面積的31%，相較之下，在月球背面只有少數(shù)的月海，只涵蓋了背面2%的面積。這被認(rèn)為和通過月球探勘者的伽瑪射線光譜儀所描繪的月球化學(xué)圖上所看見在月球正面地殼下的生熱元素的濃縮有關(guān) 。生熱元素的濃縮會(huì)造成地函下的溫度上升，部分熔解，并，上升到表面造成噴發(fā) 。大部分玄武巖的噴發(fā)都出現(xiàn)在30至35億年前的雨海紀(jì) ，但也有少部分樣本的輻射定年顯示其形成于更古老的42億年，也有一些相對(duì)年輕的樣品，最年輕的噴發(fā)物經(jīng)由撞擊坑計(jì)數(shù)測(cè)定年限發(fā)現(xiàn)其發(fā)生在12億年前。
月球上較亮的部分被稱為“高地”，因?yàn)樗鼈兏哂诖蠖鄶?shù)的月海。經(jīng)由輻射定年測(cè)定它們是于44億年前形成的，這意味著這些高地可能是在月球巖漿海形成時(shí)的斜長(zhǎng)巖堆積所產(chǎn)生的。月球上沒有任何一個(gè)主要的山脈被認(rèn)為由地質(zhì)構(gòu)造事件產(chǎn)生的，這和地球的情況剛好相反。

阿波羅16號(hào)拍攝的寬16米的火山口‘’梅花‘’
撞擊坑
平均每天月球都會(huì)承受超過3噸宇宙物質(zhì)的撞擊，當(dāng)中的小行星或彗星撞擊月球表面時(shí)會(huì)形成撞擊坑，是另一個(gè)主要會(huì)影響月球表面地形的主要地質(zhì)事件 ?，F(xiàn)在估計(jì)單在月球正面直徑大于1公里的隕石坑就大約有300,000個(gè)，其中有些隕石坑以知名的學(xué)者、科學(xué)家、藝術(shù)家和探險(xiǎn)家的名字命名。月球地質(zhì)年代是根據(jù)月面上的重大隕石撞擊事件進(jìn)行分界，包括在酒海、雨海和東方海等的撞擊事件。這些撞擊事件的結(jié)構(gòu)特征是產(chǎn)生多層物質(zhì)隆起的環(huán) ，通常是由數(shù)百至數(shù)千公里直徑的圍裙?fàn)顕姲l(fā)物沉積形成一個(gè)區(qū)域性的地層視界。由于月球沒有大氣層、天氣變化，在最近幾十億年也沒有地質(zhì)活動(dòng)，大部分環(huán)形山都保存得很完好。雖然有幾個(gè)多環(huán)盆地明顯的已經(jīng)很久遠(yuǎn)，它們還是能用于分派相對(duì)的年齡。由于撞擊坑是以恒定的速率累積，計(jì)算單位面積內(nèi)的撞擊坑數(shù)目可以用來估計(jì)表面的年齡。阿波羅任務(wù)收集撞擊熔化的巖石以輻射測(cè)定年齡，群集在38億和41億年的年齡:這已被用來解釋撞擊的后期重轟炸期。