Mjesec, Zemljin prirodni satelit. Gledano sa Zemlje, najsjajnije nebesko tijelo nakon Sunca, svjetlost kojega odražava. Puni Mjesec prividne je magnitude –12,7, albedo mu je 0,136, a promjer, koji iznosi 3475 km, kutne je udaljenosti približno 0,5°. Zemlji okreće stalno istu stranu, jer se obilazak i vrtnja odvijaju u istome smjeru, a period obilaska i okreta jednaki su, što je posljedica utjecaja Zemljine plimne sile. Zbog libracije vidi se malo više od polovice površine Mjeseca.
Mjesečeve mijene, periodične promjene Mjesečeve osvijetljenosti tijekom sinodičkoga mjeseca (približno 29,5 dana): mlađak, prva četvrt, puni Mjesec ili uštap i posljednja četvrt, koje nastaju zbog stalnoga mijenjanja Mjesečeva položaja prema Zemlji i Suncu. Kada Mjesec uđe u Zemljinu sjenu, nastaje pomrčina Mjeseca, a kada se nađe u spojnici između Zemlje i Sunca, nastaje pomrčina Sunca.
Svojstva putanje
Mjesečevo gibanje u složenome gravitacijskom polju Zemlje i Sunca podložno je mnogobrojnim poremećajima. Mjesečeva udaljenost od Zemlje stalno se mijenja jer se Mjesec oko Zemlje giba po elipsi (ekscentricitet 0,0549) koja je blago nagnuta prema ekliptici (inklinacija 5,145°). Prosječna je udaljenost Mjeseca 384 399 km, perigej (najmanja udaljenost) 362 600 km, a apogej (najveća udaljenost) 405 400 km. Metodama nebeske mehanike obrađuje se Mjesečevo gibanje u složenome gravitacijskom polju Sunca, Zemlje i planeta u duljem razdoblju. Za razdoblje od 1750. do 2125. izračunano je da je Mjesec najbliže Zemlji, 356 375 km, bio 4. I. 1912., a da će najdalje od Zemlje, 406 720 km, biti 3. II. 2125. Mjerenjem udaljenosti laserom (lidarom), zraka kojega se odbija od zrcala što su ga na Mjesecu postavili astronauti Apolla 11, ustanovljeno je da se Mjesec prosječno godišnje udaljava od Zemlje 3,8 cm.
Utjecaj Mjesečeve gravitacije na Zemlju
Privlačna sila Mjeseca (i Sunca) uzrokuje na Zemlji morske mijene (plimu i oseku). Mjesečeva gravitacija stabilizira Zemljinu os rotacije, koja bi bez utjecaja Mjeseca imala mnogo veću precesiju, što bi uzrokovalo promjene glacijalnih i interglacijalnih geoloških razdoblja u mnogo kraćim intervalima nego što su se one stvarno zbivale.
Fizička svojstva
Masa Mjeseca približno je 81 puta manja od Zemljine mase (7,342 × 1022 kg), a prosječna je gustoća 3344 kg/m³, tj. 0,606 Zemljine gustoće. Gravitacijsko ubrzanje na Mjesecu šest je puta manje nego na Zemlji, tj. 1,622 m/s². Temperatura površine mijenja se od 100 K noću do 390 K danju. Mjesec nema tekuće vode ni značajne atmosfere. Gustoća je atmosfere mnogo puta manja od Zemljine, pa je po broju molekula u kubnom centimetru (danju 10 000, noću 200 000) bliža gustoći molekula u međuplanetnom prostoru. Selenologija proučava Mjesečeva fizička svojstva, podrijetlo i procese koji su oblikovali današnje stanje.
Mjesečeva površina
Reljefne su značajke Mjeseca mora, visoravni i krateri, sa zamjetljivim posljedicama tektonskih procesa i vulkanizma. Morem se nazivaju tamniji dijelovi (ravnice okružene planinskim lancima), iako na Mjesecu nema vode. Velika razvedenost Mjesečeve površine opaža se i golim okom. Karakteristične su reljefne pojave prstenaste planine, odnosno krateri nastali udarima svemirskih tijela. U središtu često imaju brežuljke, a najvećim kraterima promjer je oko 200 km. Planine dosežu visinu oko 10 000 m, a krateri dubinu oko 9000 m u odnosu na srednju površinsku razinu Mjesečeve sfere. U kraterima na Mjesečevim polovima otkriven je višak vodika koji upućuje na mogućnost da se na dnu kratera nalazi vodeni led. Oko kratera se ponekad na sve strane šire svijetle pruge (široke desetak i duge više tisuća kilometara), nastale pri udaru od razbacanoga materijala. Mora su u prosjeku 1 do 2 km niža od visoravni (kopna), zaravnjena i tamna, ispunjena bazaltnom lavom, dok su kopna svjetlija jer u njima prevladava anortozit s gabrom. Na oblikovanje površine znatno su utjecali udari velikih tijela, kometa, planetoida i meteoroida, uz okolnosti određene stanjem unutrašnjosti i njezinim razvojem (hlađenje unutrašnjosti, vulkanski procesi). Površina je pokrivena slojem regolita, sitnozrnatih rastresitih i poroznih odlomaka na kamenitoj podlozi. Višestrukim lomljenjem i slijeganjem pod tlakom oblikovan je kilometarski sloj kršnika (breče), ispod kojega se nalazi osnovna stijena. Selenografija se bavi opažanjem i mjerenjem reljefnih oblika na Mjesečevoj površini.
Mjesečeva unutrašnjost
Mjesečeva kora skrutnula se prije približno 4,5 milijardi godina, nastali su prvi minerali i započela je Mjesečeva geološka evolucija. Mjesečevu koru oblikovali su vulkanska aktivnost i udari planetoida, meteoroida i kometa. Danas na Mjesecu nema aktivnih vulkana ni gibanja tektonskih ploča, površinski sloj izložen je termičkoj eroziji, udarima manjih svemirskih tijela, Sunčevu vjetru i kozmičkom zračenju.
Mjesečeva unutrašnjost uglavnom je čvrsta, samo je vanjski dio jezgre polumjera oko 450 km djelomice rastaljen. Kora je u prosjeku debela oko 35 km; kora na strani daljoj od Zemlje u prosjeku je deblja za približno 15 km od kore na bližoj strani. Potresi imaju hipocentar na dubini od približno 1000 km, a pojavljuju se kada je Mjesec u perigeju pod utjecajem plimne sile koju uzrokuje Zemlja. Središte mase Mjeseca nije u središtu sfere, već je dva kilometra pomaknuto prema Zemlji.
Istraživanja Mjeseca s pomoću svemirskih letjelica
Mjesec se izravno, s pomoću svemirskih letjelica istražuje od 1959. kada je u nj udarila Luna 2, a Luna 3 snimila je njegovu dalju, sa Zemlje nevidljivu stranu. Niz Rangera je 1964. ustanovio stanje tla. Na tlo se meko spustila Luna 9 1966., kada je Luna 10 postala Mjesečev umjetni satelit. Niz Surveyera pripremio je čovjekov pohod na Mjesec; ljudi su u Apollu 8 obletjeli Mjesec 1968., a iz Apolla 11 prvi su put stali na Mjesečevo tlo 21. VII. 1969. (→ apollo)
Orbiter Clementine (1994) laserski je snimio gotovo potpunu globalnu kartu Mjesečeva reljefa, Lunar Prospector (1998) otkrio je višak vodika na Mjesečevim polovima, svemirska letjelica SMART-1 (2004–06) detaljno je istražila kemijske elemente na Mjesečevoj površini, Kaguya (2007–09) skupljala je podatke o lunarnoj geofizici, Lunar Reconnaissance Orbiter, LRO (od 2009) mjeri lunarne visine (okomite udaljenosti od srednje površinske razine Mjesečeve sfere) i snima slike visoke razlučivosti, letjelica Chang'e 1 (2007–09) izrađivala je slikovnu kartu Mjeseca, Chang'e 2 (2010–11) mapirala je površinu Mjeseca još veće razlučivosti, iz letjelice Chang'e 3 (2013) spustila se na površinu Mjeseca sonda i lunarno vozilo. Chang'e 4 (2019) prva je letjelica koja se spustila na dalju stranu Mjeseca. Chang'e 5 spustila se na Mjesečevu površinu 2020. i potom donijela na Zemlju 1,731 kg Mjesečeva tla.
