各种测量都表明，月球和地球之间的平均距离大约是38.6万千米。这个数字是通过测量视差（在后文会讲述这一点）得出的，还可以通过计算月球绕着地球的运动轨迹求出。由于轨迹是椭圆轨道，所以实际距离常常发生变化，有时比平均距离大一些，有时比平均距离小一些。

月球的直径是3467千米，这个数字稍微大于地球直径的1/4。各种测量都证明月球是一个球形，即使最精密的测量也是一样，但月球表面凹凸不平。

月球的公转和位相

月球绕着地球运动，还随着地球绕着太阳运动。某些读者认为，这两种运动的联合很复杂，其实没有想象的那么难以明白。我们想象一下，在疾驰的火车中放着一张椅子，一个人在距离椅子1米的地方绕着椅子旋转。无论他旋转多少圈都不会改变他与椅子之间的距离，更不会涉及到火车的运动。同理，地球沿着自己的轨道绕着太阳运行，而月球绕着地球转动，它和地球之间的相对距离没有大的变化。

月球绕着地球旋转一周的时间大约是27日8小时，但两个新月（朔）之间的时间间隔大约是29日13小时。这种不同是由地球的绕日运动引起的，或者说是太阳沿着黄道的视运动。下图能够说明这一点，AC弧是地球绕着太阳运行轨道的一部分。假设某个时刻地球位于E点，而月球位于M点，正好在太阳和地球的连线上。经过了27日8小时，地球运动到F点。当地球绕着太阳运行时，月球也在绕着地球运行，从M点来到N点。此时，直线EM平行于直线FN，其实月球已经绕着地球转了一周，回到了上次在星辰中的位置。不过，此时的太阳在FS这条直线上，而没有和地球、月球在同一条直线上，所以月球想要回到太阳和地球的连线上，还需要走过一段路程。月球走完这段路程需要的时间是2天多一点，所以两个新月之间的时间间隔变成了29日13时。

月球绕着地球的运动

月球相对太阳的位置决定了它的位相（phases）。由于月球不能自己发光，所以只有太阳照到它时我们才能看见它。当月球位于太阳和地球之间时，它的黑暗部分对着我们，我们就看不见它了。历书中将其叫做“新月（朔）”，但我们在接下来的两天还是无法看见月亮，因为它被黄昏的暮霭遮住了。等到第二天或者第三天时，我们才能看见一点点的明亮部分，这就是我们常常见到的娥眉月。娥眉月还被称为新月，尽管历书中的新月要早一些。

几天之后，月亮会发生新的变化，黑暗部分有着微弱的光，这些光来源于地球的反射。如果有人生活在月亮上，他会看见地球像是一轮蓝色满月挂在空中，尽管地球实际上要比月亮大得多。月球在自己的轨道上慢慢前进，地光逐渐减少，大约在上弦时期消失不见，不仅因为月球的光在不断增强，还因为地球的光在逐渐减弱，下弦时期也是一样。

历书中的新月（朔）过后七八天，接着就是月亮的上弦期，我们发现有一半是明亮部分。在接下来的一个星期中，月亮被称为“凸月”（gibbous phase）。新月后的第二个星期结束（望）时，月亮恰好对着太阳，我们会发现月亮像是一个圆盘，这就是满月。之后，月球的位相会反转且慢慢还原，这是大家都清楚的事情。

我们可能觉得这些事情太普通了，没有什么值得讲述的。不过，《古舟子歌》（The Rime of the Ancient Mariner，英国诗人Coleridge的著作）中说在娥眉月的两个尖之间有一颗星星，好像那里不存在黑暗物体。不止一个诗人曾这样描写过，新月出现在东天，而傍晚的满月出现在西天，光芒闪烁。虽然其中充满了诗情画意，但这种景象绝对不会出现在现实中。

月球的表面

我们仔细观察便会发现，月球表面有明亮区域，也有黑暗区域。人们常常认为黑暗区域好像一个人的面孔，尤其是眼睛和鼻子非常清楚，这就是著名的“月中人”。我们借助于望远镜能够看见月球表面凹凸不平的地形，望远镜越高级，我们看见的就越细致。我们在望远镜中首先看到的是月球表面的隆起物，或者称之为山。最好选择在上弦月或者下弦月时观察，那时日出或者日落照射出来的长影使得那些隆起物看得非常清楚，而满月时不容易看清楚，因为太阳光直接照射在月球表面将所有东西都照亮了。尽管我们将高的地方叫做山，但它们的形状与地球上的山截然不同，但类似于大火山的喷口。这些山最常见的形状是圆形碉堡，直径大约是好几千米，周围的墙大约高1千米，但中间非常平坦，所以这些山叫做环形山。在多个月球的环形山中央，常常耸立着一个或者多个山峰。在上弦月时期，我们在平地上能够看见这些城墙和中央山峰的影子。

早期观察者通过望远镜观察月球时，曾经假设黑暗部分是海洋，明亮部分是陆地。由于黑暗部分看起来比较平坦，所以他们才会产生这种想法。于是，他们为想象中的海洋命名，如Mare Imbrium（雨海）、Mare Serenitatis（澄海）等。虽然这些名字都是幻想出来的，但一直保留到今天，用来表示月球中的黑暗部分。随着望远镜技术的进步，人们发现黑暗部分是海洋的说法是错误的，形状的不同是由月球表面的物体影子的明暗程度造成的，而月海是月球上地势比较低洼的平原。探月卫星和人类登月计划实施之后，我们可以亲眼目睹月球表面的大小石块和各种环形山了。现在，我们知道，月球表面的月海地形大约是16%，它们是由火山喷发出来的炙热岩浆形成的，而月球表面的其他部分覆盖着灰土层尘埃和流星撞击形成的石头碎片。

在月球上，最显著的景物之一是某些点上发射出来的一些明亮的光线，一般望远镜就能观察到这个现象。月球南极附近有一座环形山叫做第谷（Tycho）环形山，这座山旁边就有许多向外发射光线的点，看起来好像月亮上有了空隙，而熔化的白色物质像在空隙中喷出来一样。于是，有人推测月球曾是火山爆发的地方，只是后来都慢慢消失了。不过，至今还不清楚这些线状辐射纹是怎么形成的，有人猜测可能是陨石撞击月球表面留下的。

人们常常在想，月球上是否有空气和水呢。当人类还没有登上月球时，科学家的答案就是否定的，因为即使月球上的大气密度是地球大气密度的百分之一，我们也能通过星光经过月球时发生的折射察觉到大气的存在。不过，我们从来没有见过这种折射现象。如果月球上有水，一定会在凹处，或者流淌在低处。假如赤道上有水，肯定会反射太阳光，所以很容易观察到。月球探测器和登月宇航员证明月球上没有空气和水，说明科学家给出的答案是正确的。

上述内容好像都与另一个问题有关，即月球上是否存在生命。我们知道，地球上的所有生物都要依靠空气和水维持生命。

由于月球上没有空气和水，所以形成了一种与地球上截然不同的环境。我们相信，月球表面除了遭受太空陨石的撞击之外，不会出现任何变化。地球表面的石头一直受到气候的摧残，日复一日、年复一年地被风吹着、被雨淋着，慢慢变成了沙子和土壤，这就是大家所熟悉的风化。不过，月球表面没有气候变化，这里的一块石头可以在千万年中保持原样。当太阳照射着月球时，月球表面的温度非常高；等到日落之后，月球表面的温度会迅速降低，变得非常冷。由于没有大气层保持温度，所以在太阳落下之后，温度的变化在短时间内就能完成。在月球表面，除了温度变化和流星的撞击之外，绝对是非常平静的。这里没有风、没有雨、没有气候、没有阴晴变化、没有朝阳晚霞、没有四季变化，除了偶尔降落的流星之外，再也没有任何东西，这就是死气沉沉的月球。

月球的自转

古时候，月球是否绕着轴自转这个问题引起了许多争执，所以我们需要做出明确的解释。大家都知道，月球对着我们的那一面永远不会变化，这表明月球的自转周期等于它绕着地球的公转周期。正是因为这样，所以有些人认为月球不会自转。这种错误的想法是由于运动的概念不同。在物理学中，我们判断一个物体是否旋转的方法是：将一根直线穿过转轴外的任意一个地方，假如这根线的方向不会发生变化，我们就认为这个物体没有旋转。同理，我们假设有这样一根线穿过月球，如果月球没有自转，那这根线的方向永远不会改变，无论月球位于绕着地球公转轨道的哪个位置（如上图所示）。我们认真观察一下这幅图的变化就会发现：假如月球不自转的话，我们将会看见月球表面的各个部分，而不是半个部分。