Физическая природа Луны гораздо проще. Как показали исследования космических ракет в 1959 г., Луна не имеет собственного магнитного поля. Она не имеет никакой атмосферы и уплотненного внутреннего ядра, и потому средняя плотность ее вещества составляет всего лишь 3,34 г/куб.см.

Фигура Луны несколько вытянута по направлению к Земле (на 1,08 км по сравнению с полярным радиусом и на 0,2 км по сравнению с радиусом, направленным вдоль плоскости ее орбиты), и потому приливные силы со стороны Земли постепенно сравняли период вращения Луны вокруг оси с периодом ее обращения по орбите.

Однако полного соответствия в каждый данный момент между обоими периодами быть, очевидно, не может, поскольку Луна движется с неравномерной скоростью по своей довольно вытянутой эллиптической орбите. В результате этого происходят кажущиеся колебания Луны в обе стороны от ее среднего направления на Землю, называемые либрацией, и вследствие этих колебаний можно видеть примерно 0,6 доли всей лунной поверхности. Однако в среднем, несмотря на прогрессивное удаление Луны, оба периода остаются в точности равными, что указывает на действие приливных сил трения в теле Луны.

При взгляде на Луну в телескоп прежде всего бросаются в глаза обширные темные равнины, называемые морями, обычно окаймленные горными цепями не складчатого, как на Земле, а сбросового типа. Изолированные лунные моря отличаются круговой формой, как, например, море Опасностей (Кризисов) и море Дождей. Последнее ограничено со своей южной стороны высокими горами Апеннин, достигающими высоты над равниной до 12 км, а с запада — хребтами Кавказ и Карпаты; с севера его окаймляет характерная дуга Залива Радуги, а с востока оно сливается с огромной впадиной, называемой Океаном Бурь.

Лунные моря, по-видимому, состоят из застывшей магмы. По их поверхности часто тянутся цепи невысоких холмов и разбросаны отдельные кратеры, образовавшиеся, по-видимому, сравнительно недавно, проходят трещины и в отдельных случаях встречаются кольцевые горы, по-видимому, очень древнего происхождения, которые уже настолько осели, что в настоящее время едва могут быть различимы.

Таким образом, при внимательном изучении лунной поверхности сразу обнаруживается, что Луна не оставалась каким-то застывшим неизменяемым телом, но, наоборот, ее рельеф на протяжении всей истории ее развития испытывал и продолжает испытывать еще и теперь систематические изменения. Наиболее древними были, по-видимому, кольцевые горы, образовавшиеся на первоначальной лунной коре еще до морей. Возникшие обширные расплавленные области — моря — должны были потопить эти первичные формации, сохранившиеся преимущественно вне морей на так называемых континентальных массивах, где они перекрывались более новыми формациями.

Затем возникали меньшие, но относительно более глубокие кратеры, имеющие во многих случаях центральные горки. Эти кратеры образовались главным образом на континентальных пространствах и сравнительно редко на поверхности морей. Еще позже возникли более мелкие углубления, вплоть до так называемых пор, расположенных преимущественно на круговых валах кратеров и кольцевых гор.
Так, например, статистика показывает, что подобные мелкие углубления изобилуют на краях кольцевой горы Клавдия диаметром 234 км (наибольшей на Луне) и лишь в гораздо меньшем количестве встречаются на равноценной по размерам площади в стороне от ее валов. Это показывает, что они должны были образоваться значительно позднее и что, кроме того, не были результатом случайной бомбардировки каких-либо метеоритов или мелких астероидов. Механизм образования лунных кратеров до последнего времени был довольно неясен и лишь теперь начинает выясняться.

Итак, совершенно несомненна тесная связь лунных кратеров с другими формациями лунной поверхности. Очень часто валы кольцевых гор имеют многоугольную форму и тесно связаны с общим ходом трещин в данном районе цепочками более мелких кратеров и т. п. Связь с явлениями сдвига в лунной коре здесь довольно очевидна. При обследовании поверхности Луны в крупные телескопы английским астрономом Муром найдено, что, как правило, центральные горки кратеров имеют в своей верхней части центральное жерло, и тем самым эти горки совершенно аналогичны нашим вулканам. астроном профессор Н. А. Козырев 3 ноября 1958 г. наблюдал выделение вулканических газов, преимущественно углерода, из вершины центральной горки кратера Альфонса, изменения в области которого подозревались и ранее. Само по себе наличие центрального жерла, несомненно, указывает на вулканическую природу данного образования.
Отметим еще, что лунная поверхность лишь на первый взгляд выглядит более не менее равномерно желтоватой.

Очень часто края лунных кратеров более светлые, чем окружающая местность. Можно также заметить множество отдельных темных пятен и светлых точек — «звезд», очевидно, мест выхода каких-то газов. Особенно поразительны светлые ореолы и лучи, которые в некоторых случаях простираются на тысячи километров, исходя именно от центральной горки кратеров (например, Тихо, Коперник, Кеплер и многие другие) .

Эти лучи, по всей вероятности, представляют отложение вещества, выброшенного из центральных горок, поскольку они обычно налагаются на самые различные образования (горы, долины), лишь усиливаясь на вершинах и ослабляясь на темной поверхности морей.

Если в отношении вышеописанных формаций еще можно придерживаться разных точек зрения на их происхождение, то образования, называемые куполами, не могут оставлять двух толкований.

Еще в начале текущего столетия П. Пюизе впервые указал на две куполообразные возвышенности около кратера Араго, в южной части моря Спокойствия. После этого было открыто большое число подобных образований. Особенно они изобилуют в районе кратера Коперника, принадлежащего к сравнительно молодым формациям, с мощным валом диаметром около 80 км, показывающим ряд последовательных наслоений на древний вал более ранней эпохи. В непосредственной близости к этому кратеру найдено большое число куполов.

По-видимому, эти образования также свидетельствуют о проявлении лунной тектоники.

О том же говорят такие формации, как Прямая стена, где часть лунной почвы осела на несколько километров на большом протяжении и как раз параллельно бороздке, имеющейся в этом же районе. Вдоль подобных бороздок, или трещин, часто располагаются небольшие кратеры. В виде примера укажем на бороздку Гигинуса, проходящую через 22 маленьких кратера.

Все эти данные свидетельствуют о том, что основные черты лунного рельефа формировались, как и на Земле, под действием внутренних сил, последовательность которых можно сравнительно легко проследить из-за отсутствия деятельности воздуха и воды — главных факторов разрушительных процессов. Однако по той же причине Луна способна надолго сохранять отпечаток всякого рода воздействий также и внешнего характера.

Как уже указывалось, Луна совершенно лишена всякой атмосферы, даже тяжелых газов. Чем объяснить это обстоятельство? Ведь лунное тяготение не настолько мало, чтобы подобные газы не могли бы сохраняться у ее поверхности фактически неопределенно долгое время. Принято считать, что в этом проявляется то же воздействие со стороны солнечных корпускулярных потоков, какое уже давно обнаружено по движению облачных образований в хвостах комет. Эти корпускулярные потоки, налетая на Луну, буквально сдувают с нее образующуюся атмосферу, оставляя ее поверхность совершенно обнаженной для всякого рода космических воздействий.

Таким образом, первичные космические лучи, солнечные корпускулярные потоки, крайне жесткие солнечные излучения и, наконец, космическая пыль, метеориты и даже иногда настоящие астероиды в течение долгих эпох обрабатывали поверхность Луны и обусловили ее специфическую структуру.

Долгое время считалось, что лунные кратеры образовались при падении на Луну метеоритов разных размеров [метеоритная гипотеза немецкого геофизика А. Вегенера (1880—1930)]. Эта гипотеза не подтверждается фактическими данными, хотя нельзя отрицать, что среди множества лунных впадин могут быть некоторые происшедшие и по этой причине. Во всяком случае, неизвестно ни одного достоверного случая падения сколько-нибудь значительного метеорита на Луну, подобного тем, которые время от времени происходят на Земле, например масштаба Сихотэ-Алиньского падения 12 февраля 1947 г.
Некоторые наблюдения английского астронома В. Гершеля каких-то необычайных вспышек на Луне, которые истолковывались сначала как падение метеоритов, были затем признаны недостоверными.

Однако совершенно несомненно, что на протяжении долгой истории существования Луны ее поверхность получила чрезвычайно характерную микроструктуру, которая проявляется в ее удивительных отражающих свойствах. Если, например, измерять суммарный блеск Луны в зависимости от ее фазы, то оказывается, что эта фазовая кривая отличается резким изломом в момент полнолуния.
Другими словами, изменение блеска Луны вблизи полнолуния происходит не плавно, а меняется скачком. Интересно, что то же самое, и даже более резко, наблюдается и у астероидов — тел, также лишенных всякой атмосферы.
Эта особенность отражения света еще резче проявляется при рассмотрении отдельных элементов лунной поверхности, в частности лунного края, противоположного линии светораздела.

Оказывается, что, как бы ни падали солнечные лучи на лунную поверхность, всегда рассматриваемая область поверхности больше всего отражает свет назад, т. е когда направление отраженного луча в точности противоположно направлению падающего. Это совершенно противоположно тому, чем отличается, например, рассеяние света мелкими пылинками, когда световой поток усиливается именно в направлении падения световых лучей.

Какова должна быть микроструктура лунной поверхности, не видимая ни в какой телескоп, для того чтобы обусловить подобную особенность отражения света?

Астроном украинский академик Н. П. Барабашев и некоторые другие ученые изучали отражательные свойства плоскостей, перерезанных глубокими прямоугольными рытвинами. Ленинградские астрономы проф. В. В. Шаронов и проф. Н. Н. Сытинская проводили опыты над неровными изборожденными минералами, но все попытки получить какое-либо подобие лунным особенностям не имели полного успеха.
В действительности эта удивительная микроструктура, вероятнее всего, представляет не просто изборожденную трещинами поверхность, а сочетание множества своеобразно слипшихся зерен, что и вызывает упомянутые выше особенности в отражении света.
Поэтому Луна во время полнолуния имеет вид плоской тарелки с резко очерченными краями и одинаковой яркостью ее краевых и центральных частей.
Напротив, если бы поверхность Луны была гладкой, как поверхность песчаной пустыни или застывшего лавового озера, то тогда ее края должны были бы казаться совсем темными, а центр диска отличался бы наибольшей яркостью.