Зная массу и радиус Луны, легко рассчитать силу притяжения на ее поверхности и ускорение силы тяжести. Ускорение силы тяжести на Луне составляет 162 сантиметра на секунду в квадрате, что примерно в шесть раз меньше, чем на поверхности Земли.
Приведенные данные позволяют определить параболическую скорость для Луны, или, как принято говорить, вторую космическую скорость (V2), которую нужно сообщить телу, чтобы оно вышло из поля тяготения Луны. Для Земли эта скорость составляет 11,2 километра в секунду, а для Луны – всего 2,38 километра в секунду, т. е. в четыре с половиной раза меньше.
Первая космическая скорость (V1) для Луны, при которой тело переходит на круговую орбиту и становится Спутником, составляет лишь 1,68 километра в секунду.
Напомним, что формулы для подсчета первой и второй космических скоростей на расстоянии R от центра рассматриваемого небесного тела имеют вид
где g – ускорение силы тяжести также на расстоянии R.
Малость массы Луны является причиной отсутствия у нее какой-либо заметной атмосферы или защитного газового покрова.
Газовая оболочка вокруг небесного тела создается вследствие притяжения, оказываемого небесным телом на молекулы окружающего газа. Это притяжение препятствует молекулам газа – несмотря на их тепловое движение – приобрести скорость V2, достаточную для того, чтобы покинуть небесное тело.
Если Луна когда-либо имела, атмосферу, то молекулы составляющих ее газов вследствии нагрева солнечным излучением получали скорости, близкие ко второй космической, отрывались от Луны и рассеивались в мировом пространстве.
Отсутствие на Луне ощутимой атмосферы подтверждается и непосредственными наблюдениями нашего спутника: на ее поверхности отсутствуют заметные облака; края видимого диска всегда отчетливо видны, все тени кажутся совершенно темными, при покрытии звезд Луной свет их исчезает мгновенно и пр.
Лунная атмосфера имеет плотность не более 10-12 плотности атмосферы Земли у ее поверхности: наличие столь разреженной атмосферы может быть установлено лишь наблюдениями непосредственно на Луне.
На поверхности Луны нет воды в свободном состоянии, а если бы она и была, то ее испарение образовало бы вокруг Луны атмосферу из водяного пара, которая также быстро рассеялась бы в мировом пространстве.
Отсутствие водной и газовой оболочек у Луны предопределяет своеобразие ее рельефа, на формирование которого (в отличие от земного) существенное влияние оказывают следующие факторы: падение метеоритов, воздействие космического излучения, вулканизм, существенный температурный градиент поверхностных слоев грунта лунным днем и лунной ночью.
В связи с этим строение лунной поверхности характерно крайней пересеченностью, почти полным отсутствием ровных участков.
Наиболее характерной чертой лунного рельефа являются кольцевые горы – цирки и кратеры. Цирки – кольцевые горные хребты (валы), окружающие сравнительно ровную, часто темную, как у морей, поверхность (дно). Кратеры отличаются от цирков тем, что у них на дне расположены одна или несколько остроконечных вершин – центральные горки.
От некоторых наиболее крупных кратеров распространяются светлые лучи протяженностью в сотни и тысячи километров; эти лучи, очевидно, являются результатом выброса мелких тел из кратера при его образовании.
На лунной поверхности наблюдается также значительное количество борозд, трещин и долин.
Множество камней различной величины разбросано по лунной поверхности, что впервые было обнаружено автоматической научной станцией «Луна-9».
К крупным образованиям лунного рельефа относятся также горы и горные хребты; наибольшая высота гор – до девяти километров.
Впервые высота лунных гор была определена с достаточной точностью Галилеем (применившим телескоп для астрономических наблюдений) по длине отбрасываемых ими теней.
Луна – как это заметно даже невооруженным глазом имеет на общем сравнительно светлом фоне много темных областей, названных «морями».
Материковые (более светлые) районы Луны занимают около 60 процентов ее видимой поверхности и представляют собой в основном гористую местность.
Моря – это, очевидно, затопленные лавой участки; причины затопления – вулканическое извержение или падение крупных метеоритов.
Неясны причины образования кратеров. Каждый из сторонников как вулканической, так и метеоритной теорий находит в новых данных о Луне подтверждение своих собственных взглядов. Скорее всего правы и те и другие: образование лунного рельефа есть результат и лунного вулканизма и падения на Луну метеоритов.
Наблюдения Луны начиная с XVII века (зарисовки Гевелия и Риччоли) дали начало лунным картам и названиям ее образований. Первый каталог общепринятых названий лунных образований, охватывающий 662 объекта, был издан Международным астрономическим союзом в 1935 году. В настоящее время картографирование Луны продвигается удивительно быстрыми темпами (см. разд. «Картографирование лунной поверхности»).