Так как на Луне практически нет атмосферы, а ее сутки продолжаются целый месяц, то любое место лунной поверхности (кроме полярных районов) испытывает очень резкие суточные колебания температуры: от плюс 100 – 150° С лунным днем до минус 130 – 170° С лунной ночью.
Поверхностный слой Луны обладает (в силу своей чрезвычайной пористости и вакуума) очень малой теплопроводностью – порядка 10-5 – 10-6 калорий в секунду на сантиметр-градус Цельсия, поэтому он быстро нагревается при восходе Солнца и быстро остывает при отсутствии внешнего подогрева.
Равновесная температура лунной поверхности определяется в итоге тепловыми потоками от Солнца, из недр
Луны и собственным тепловым Излучением в мировое пространство; зависит она также от теплофизических параметров лунного грунта и оптических свойств его наружной поверхности.
Тепловой поток из недр Луны к ее поверхности (как это показали радиометрические измерения) примерно такой же, как и у Земли, – он составляет в среднем 1,3*10-6 калорий в секунду на сантиметр в квадрате. Величина этого потока пренебрежимо мала в сравнении с лучистым солнечным потоком; в связи с этим дневная равновесная температура поверхности Луны есть результат баланса (равенства) двух тепловых потоков: поглощенного поверхностью солнечного и излученного поверхностью Луны как нагретым телом.
Однако с наступлением ночи (или при затмениях) темп остывания лунной поверхности определяется уже коэффициентом ее теплового излучения и подводом тепла из глубинных слоев. При этом отдельные участки лунного грунта, под которыми сравнительно близко лежат более теплопроводные скальные породы, получают из недр Луны большее количество тепла и имеют на несколько десятков градусов более высокую температуру. Такие участки наиболее легко наблюдаются во время лунных затмений (при помощи зондирования лунной поверхности в инфракрасном диапазоне), когда значительная часть поверхности Луны начинает остывать почти одновременно.
«Теплых» участков зарегистрировано уже более 300, они расположены в основном на кратерах со светлыми лучами («Тихо», «Коперник», «Аристарх» и др.), а также в особо светлых областях; две трети «теплых» участков группируются на морях и одна треть – на материках Луны.
Возможно, что неоднородность теплового режима наружного покрова Луны (как и некоторые другие его физические характеристики) связана с районами, сейсмически активными в прошлом, с геологически разными по возрасту образованиями и т. д.,- – но это можно выяснить полностью, исследуя Луну приборами, доставленными непосредственно на нее, главным образом путем сейсмических измерений и химического анализа грунта различных ее районов.
Наблюдение и изучение Луны производятся следующими методами (кроме традиционно телескопических – визуальными наблюдениями и фотографированием): фотометрическим, спектрофотсметрическим, колориметрическим, радиометрическим, радиолокационным и с применением космической техники.
Регистрация количества отраженного света от лунной поверхности (фотометрия) в зависимости от условий освещения позволяет сделать вывод о геометрических и физических свойствах наружного слоя лунного грунта. Кроме того, определение цвета и поляризации объектов, расположенных на Луне, сравнение их с соответствующими параметрами земных пород дает нам в руки способ исследования строения и происхождения лунного вещества. Применение фотометрии для изучения Луны дало возможность накопить громадный фактический материал, который неизменно используется и в сочетании с другими методами исследования.
В частности, тот результат фотометрических измерений, что яркость сходных районов (например, материков) всего диска Луны, отмечаемая в полнолуние, примерно одинакова и свет отражается в основном в направлении на Солнце, позволил сделать заключение о сильной микрошероховатости лунной поверхности.
Недостатком фотометрического метода является то обстоятельство, что он (в силу ограниченности разрешающей способности наземных приборов) дает осредненные оптические характеристики для участков лунной поверхности размерами в десятки километров, а исследование фотометрических характеристик земных пород выполняется в гораздо меньших масштабах.