iš Žemės matomas Mėnulio pusrutulis (pilnaties fazė)
Mėnùlis, artimiausias dangaus kūnas – gamtinis Žemės palydovas. Mėnulio masė 7,349·1022 kg (0,0123 Žemės masės), vidutinis tankis 3340 kg/m3 (0,606 Žemės vidutinio tankio). Mėnulio paviršiuje laisvojo kritimo pagreitis 1,62 m/s2, I kosminis greitis 1,680 km/s, II kosminis greitis 2,375 km/s. Mėnulis juda žvaigždžių atžvilgiu iš vakarų į rytus, per parą pasislenka vidutiniškai 13,23°, todėl jis kiekvieną tolesnę parą kulminuoja 53 minutėmis vėliau. Apskrieja Žemę per 27,32166 paros (žvaigždinis mėnuo). Mėnulio paviršius blogai atspindi Saulės šviesą – vidutinis geometrinis albedas 0,12. Vienas tamsaus Mėnulio pusrutulis švyti atspindėta Saulės šviesa, kitas yra šešėlyje. Kintant Mėnulio padėčiai danguje Saulės atžvilgiu šviesusis jo pusrutulis iš Žemės matomas nevienodai, kinta Mėnulio fazė. Fazės pradeda kartotis po 29,53059 paros (sinodinis mėnuo).
Pilnatyje Mėnulio ryškis –12,7 (šviečia apie 400 000 kartų silpniau už Saulę). Mėnulis aplink Žemę skrieja šiek tiek kintančia elipsine orbita 1,023 km/s greičiu. Jo judėjimą smarkiausiai trikdo Saulė, daug mažiau planetos ir Žemės nesferiškumas: visi orbitos parametrai periodiškai kinta, o kai kurie dar ir viena kryptimi. Dažniausiai nurodomos parametrų vidutinės vertės. Mėnulio orbitos ekscentricitetas 0,0549, posvyris į ekliptikos (Žemės orbitos) plokštumą 5,1454°, didysis pusašis (vidutinis nuotolis nuo Žemės centro) 384 400 km.
Mėnulio vidutinis nuotolis perigėjuje 363 300 km, apogėjuje 405 500 km, bet apskritai dėl orbitos trikdymų nuotolis iki Mėnulio kinta nuo 356 400 iki 406 700 km. Regimasis kampinis Mėnulio skersmuo kinta nuo 0,489° iki 0,559°, t. y. būna mažesnis ir didesnis už Saulės skersmenį. Mėnulio trauka Žemėje sukelia potvynius ir atoslūgius, kurie sulėtina jos sukimąsi apie ašį (per 100 metų para pailgėja 0,0015 s). Potvynio bangõs, esančios Žemės šone, atsuktame į Mėnulį, trauka greitina Mėnulį, jo orbita didėja – apogėjus kasmet nutolsta 3,8 cm. Mėnulio orbita sukasi savo plokštumoje rytų kryptimi ir apsisuka per 8,85 metų. Pati plokštuma 18,61 m. periodu precesuoja apie ekliptikos ašį, todėl Mėnulio takas žvaigždžių atžvilgiu kaskart keičiasi. Orbitos mazgai (Mėnulio orbitos susikirtimo su ekliptikos plokštuma taškai) slenka ekliptika į vakarus (priešinga Mėnulio judėjimui kryptimi) apie 1,5° per žvaigždinį mėnesį greičiu. Mėnulis į tą patį mazgą grįžta po drakoniškojo mėnesio, 0,11 paros trumpesnio už žvaigždinį. Kai Mėnulis būna arti orbitos mazgų, gali vykti jo ir Saulės užtemimai.
Mėnulio Lietų jūra ir Koperniko krateris
Mėnulio sukimosi ašis pasvirusi į jo orbitos plokštumą vidutiniškai 83,3122° kampu. Mėnulio sukimasis yra sinchroninis, t. y. sukimosi periodas lygus apskriejimo aplink Žemę periodui (žvaigždiniam mėnesiui), todėl iš Žemės matoma visada ta pati Mėnulio pusė. Dėl libracijos galima apžvelgti 59 % Mėnulio paviršiaus, nematomos dalies nuotraukos gautos iš erdvėlaivių. Para Mėnulyje lygi sinodiniam mėnesiui (diena ir naktis trunka beveik po 15 Žemės parų). Linija, skirianti apšviestąją Mėnulio skritulio dalį nuo tamsiosios, vadinama terminatoriumi. Mėnulio forma primena triašį elipsoidą, labai artimą 3476 km skersmens (0,2724 Žemės skersmens) rutuliui. Ilgoji jo ašis nukreipta į Žemę ir maždaug 5 km ilgesnė už kitas dvi (panašias). Mėnulio masės centras nesutampa su geometriniu centru, yra pasislinkęs apie 2 km į Žemės pusę. Mėnulio sukimąsi lėtina ir jo formą deformuoja Žemės potvyninės jėgos. Plika akimi Mėnulio skritulyje matyti šviesesnės ir tamsesnės dėmės. Tamsios sritys sąlygiškai vadinamos jūromis, jos apima apie 40 % matomos Mėnulio pusės ploto. Tai gana lygios Mėnulio žemumos, jų skersmuo nuo 200 iki 2000 km. Kitą dalį sudaro šviesesnės kalnuotos sritys, vadinamos žemynais. Juose plyti šimtų kilometrų ilgio ir 3–6 km aukščio kalnagūbriai, pavieniai kalnai, plokščiakalniai, ilgi šimtų metrų pločio ir gylio plyšiai, platūs slėniai. Didžiausias kalnas siekia 9 km. Nematomoje Mėnulio pusėje jūrų daug mažiau, bet yra į jas panašių šviesių darinių, vadinamų talasoidais. Būdingiausia Mėnulio reljefo forma – žiediniai kalnai, arba krateriai, jų yra labai daug. Didesnius kraterius sudaro žiedinis pylimas (iki 5 km aukščio) su stačiais vidiniais šlaitais ir plokščiu dugnu, dažnai su kalva centre. Mažesni yra piltuvo formos. Vien matomoje Mėnulio pusėje kraterių, kurių skersmuo didesnis kaip 20 km, yra keli šimtai (kuo mažesnis krateris, tuo jų daugiau). Didžiausio visoje Saulės sistemoje kraterio, esančio nematomoje Mėnulio pusėje, skersmuo 2240 km, gylis 12 km. Mėnulio jūrose kraterių (ypač didelių) mažiau. Paviršių sudaro akyta susmulkinta medžiaga – regolitas. Meteoritinės medžiagos regolite yra apie 1 %. Mėnulio regolito storis – nuo 5 m jūrose iki 15 m žemynuose. Jūrų uolienos sudarytos iš bazaltų (magnio ir geležies silikatų), žemynų – iš anortozitų (aliuminio ir kalcio silikatų). Uolienos susiformavo vėstant ir kietėjant lavai. Trečia uolienų rūšis, randama Mėnulio paviršiuje, yra brekčijos – sulipę įvairių mineralų gabaliukai. Mėnulio uolienose yra daugiau titano, urano, geležies ir magnio, bet mažiau kalio, natrio, vario, argono ir chloro negu Žemės uolienose. Uolienos visiškai sausos. Mėnulio aukštumų uolienų amžius (laikas nuo jų sukietėjimo) – 4–4,5 mlrd. metų. Bazaltinės žemumos kristalizavosi maždaug prieš 3 mlrd. metų. Po daugeliu Mėnulio jūrų aptikti masyvūs medžiagos sutankėjimai – maskonai. Mėnulis dėl mažos savo masės negali išlaikyti atmosferos. Trumpam pagautos Saulės vėjo dalelės tesudaro dujų apvalkalo pėdsakus. Ten, kur Saulė yra zenite, Mėnulio paviršius įkaista iki 400 K, o per ilgą naktį atvėsta iki 110 K temperatūros. Mėnulio regolitas labai nelaidus šilumai: 1 m gylyje temperatūra ir dieną, ir naktį beveik ta pati. Ties Mėnulio ašigaliais Saulės spinduliai niekada nepasiekia kraterių dugno.
iš Mėnulio atgabentas uolienos (troktolito) gabalas (156 g)
Tyrimai iš erdvėlaivių parodė, kad juose labai tikėtinas amžinasis įšalas. Ledas gali susidaryti nusėdus vandens garams, kuriuos paskleidžia nukritę kometų branduoliai ir meteoroidai. Po regolito sluoksniu slūgso vidutiniškai 70 km storio bazaltų pluta. Po ja eina stora ir galbūt kieta silikatų mantija. Ji gaubia galbūt pusiau skystą 1500 K temperatūros 340 km spindulio geležies ir nikelio branduolį. Bendro magnetinio lauko Mėnulis neturi, tik kai kurių vietų uolienoms būdingas liekamasis magnetizmas. Mėnulis susidarė prieš 4,6 mlrd. metų. Manoma, formavosi iš išblaškytos medžiagos, kuri atsirado, kai į ką tik susidariusią Žemę 10 km/s greičiu trenkėsi maždaug 2 kartus mažesnis kūnas. Radioaktyviųjų elementų skilimas kaitino ir lydė kūną. Vėstančio Mėnulio paviršių formavo ir vidinės, ir išorinės (meteoroidų smūgiai) jėgos.
Dauguma kraterių (jei ne visi) susidarė dėl smūgių (prieš apie 4 mlrd. metų buvo gausu didelių meteoroidų). Jūros atsirado vėliau, kai iš Mėnulio gelmių prasiverždavo lava ir užliedavo paviršiaus įdubas. Per paskutinius 3 mlrd. metų Mėnulis mažai keitėsi – nurimo vidiniai procesai, mažai liko didesnių meteoroidų, o maži lėmė tik regolito pokyčius. Didesnieji Mėnulio krateriai vadinami garsių mokslininkų vardais, kalnynai – Žemės kalnynų vardais, jūros – įvairiais vardais (pvz., Lietų, Nektaro, Ramybės jūra; mėnlapis). Trys krateriai pavadinti Vilniaus astronomų M. Počobuto, J. Sniadeckio ir W. Dziewulskio vardais.
Tyrinėjimai
Mėnulis – pirmasis dangaus kūnas, kuriame pabuvo žmogus. 1969–72 Mėnulyje buvo išsilaipinę šešių Jungtinių Amerikos Valstijų erdvėlaivių Apollo ekipažai – iš viso 12 astronautų. Jie atgabeno į Žemę 382 kg Mėnulio medžiagos. Pirmieji Mėnulyje 1969 07 21 išsilaipino N. A. Armstrongas ir E. E. Aldrinas. Nuo 1959 Mėnuliui tirti nusiųsta 93 erdvėlaiviai. Vieni jų praskriejo pro Mėnulį, kiti tapo Mėnulio palydovais, dar kiti nusileido ant jo paviršiaus (buvo nesėkmingų skrydžių). 3 Ranger serijos (1961–65) erdvėlaiviai (Jungtinės Amerikos Valstijos) atsiuntė iš arti (iki susidūrimo su paviršiumi) padarytas Mėnulio nuotraukas. 5 Lunar Orbiter serijos (1966–67) erdvėlaiviai (Jungtinės Amerikos Valstijos) Mėnulį tyrė iš orbitos, 5 Surveyor serijos (1966–68) erdvėlaiviai (Jungtinės Amerikos Valstijos) sklandžiai nusileido ant jo paviršiaus.
Apollo 17 Mėnulio modulio pilotas geologas H. Schmittas prie didelio akmens Mėnulio paviršiuje
5 Zond serijos (1965–70) erdvėlaiviai (SSRS) apskrieję Mėnulį grįžo į Žemę. Mėnulio tyrimo programą vykdė Luna serijos (1959–76) erdvėlaiviai (SSRS). Luna 3 (1959) pirmą kartą perdavė nematomosios Mėnulio pusės nuotraukas. Luna 16 (1970), Luna 20 (1972) ir Luna 24 (1976) į Žemę atgabeno 300 g Mėnulio grunto ėminių. Luna 17 (1970) ir Luna 21 (1973) į Mėnulį nugabeno savaeigius važiuoklius Lunochod. Sėkmingai veikė Mėnulio palydovais tapę Jungtinių Amerikos Valstijų erdvėlaiviai Clementine (1994) ir Lunar Prospector (1998). 2003 į Mėnulio tyrimus iš kosmoso įsitraukė Europos kosmoso agentūra: buvo paleistas erdvėlaivis Smart 1, tapęs Mėnulio palydovu. 2007 į orbitą aplink Mėnulį Kinija paleido erdvėlaivį Chang’e-1, Japonija – Kaguya. Nuo 2008 prie Mėnulio tyrinėjimų prisijungė Kinija ir Indija. 2019 01 03 kosminis zondas Chang’e-4 (Kinija) nusileido nematomoje Mėnulio pusėje ir tapo pirmuoju tai padariusiu kosminiu aparatu. 2023 08 23 Indijos erdvėlaivis Chandrayaan-3 sėkmingai nusileido Mėnulio pietų ašigalyje ir pradėjo jo tyrimus.
906