地球唯一的一颗天然卫星月球，古称太阴，直径约3474千米，略大于地球的1/4，是地球唯一的一颗天然卫星。月球表面上的重力加速度差不多相当于地球表面的1/6。就自身与绕行行星的体积比来说，月球与地球的比值无疑是太阳系中最大的，如月球质量是地球质量的1/81，而太阳系里其他卫星的质量则小于其绕行行星的1/4000，几乎大到可以被认为是地球的孪生行星。

关于月球的起源，历史上提出过各种不同的假说，主要有四种假说，即分裂说、俘获说、共吸积说以及大碰撞说。分裂说认为，在太阳系早期，原始地球的自转速度非常快，以至于表面的一部分物质分裂出去形成月球，甚至曾有人认为太平洋盆地最可能是月球分裂出去的地方。捕获说认为，月球在太阳系别处形成，后来被地球引力场捕获，成为地球的一颗卫星。以这种方式形成的卫星比较常见，比如火星的两颗小卫星福波斯（Phobos）和戴默斯（Deimos）就被认为是火星捕获来的小行星。共吸积说认为，月球和地球是原始太阳星云里同一星云区域里的气体和尘埃冷凝出来的。前三种假说有各种各样明显的缺陷，与众多观测事实不符，逐渐被摒弃。

科学界现在最主流的月球诞生理论是大碰撞（Giant Impact）假说（见图）。该假说认为，大约45亿年前，在地球诞生的最初阶段，一颗名为忒伊亚（Theia）约火星大小的星子与原始地球相撞，碰撞抛出的碎片和高温气体在地球轨道附近重新凝聚形成了现在的月球。支持大碰撞学说的主要证据有：①月球公转和地球自转方向相同。②月球的相对质量较大，约为地球质量的1/81，而太阳系里其他卫星的质量则小于其绕行行星的1/4000。③月球的铁核过小，大小只占月球直径不到10%，而地核占地球直径的30%。月球的平均密度（3.3克/厘米³）比地球（5.5克/厘米³）低，因此月球可能是由大碰撞后抛射出去的“较轻”的物质融合形成的，撞击体忒伊亚“较重”的核心大部分下沉与地球的核心合并，成为现在的地球核心。④月球的同位素组成（如氧、硅、钛、铬和钨等）和地球高度一致，与其他行星明显不同。⑤大部分月壳由纯的斜长岩组成，这表示月球曾经拥有全球岩浆洋。⑥月球亏损挥发性元素、轻元素和水，推断这些组分在大碰撞过程的极端高温条件下因气化而逃逸了。⑦地月系统具有较高的角动量等。

月球形成简史

大碰撞过后，刚形成的月球全球处于熔融状态，称为岩浆洋，即月球表面是岩浆形成的海洋。随着月球的逐渐冷却和岩浆结晶，那些密度更大、更重的物质向月球中心下沉，形成月核，较轻的物质上浮形成月壳。经过几千万年至上亿年的时间，月球冷却固结形成了一颗具有核-幔-壳结构的岩石星球。然后在39亿到38亿年前，早期太阳系的小行星和彗星密集地轰炸了月球的全球表面，巨大的岩石如同数枚氢弹把月球表面炸出一个又一个的弹坑，形成了我们现在看到的密密麻麻的陨击坑（或称环形山）。小行星的密集轰炸引发了月球内部的火山活动爆发，暗色的玄武岩岩浆从月表流出，填充到那些陨击坑中，形成了我们在月球正面看到的暗色的月海。根据中国嫦娥五号返回样品的年代学研究，月球的火山活动大概在20亿年前停止，自此成为一颗死亡星球。

月球的自转周期约为 27 天，与绕地球的公转周期相等，这种对称性使月球被潮汐锁定，我们在地球上因此永远只能看到它的同一面，即正面。我们在地球上看不到的那一面称为背面。得益于人类的月球探测器，我们看到了月球的正反两面拥有非常大的差异（见月陆）。月球正面虽然也有陨击坑，但是陨击坑的数量明显少很多，正面被月海覆盖了将近一半的面积。反观月球的背面，密密麻麻的陨击坑，林林总总，大坑套小坑。正面和背面还有一个最大的区别就是，背面的反照率更高，因为背面只有3个月海，几乎是由高地斜长岩组成的月陆。

为什么月球正反两面差异如此之大，有人认为是月球的正面受到了地球的保护，很少被小行星砸到，而背面朝向宇宙空间，经常被小行星轰击。其实，月球正反两面受到小行星撞击的概率是大致相等的。有一种观点认为，月球刚开始形成时，轨道离地球十分近，潮汐引力在很短的时间内就将月球进行了锁定，一直朝向地球的一面会受到地球额外温度的炙烤，导致月球正面一直保持比较高的温度，也就是熔融状态，相反背面由于没有额外的热量就冷却得更快，因此小行星砸到冷却的月表上就形成大量的陨击坑并且完整保留下来，而砸到熔融状态的正面就很难留下痕迹。此外，地球的潮汐引力会导致月球内部的熔岩从正面流出，覆盖正面大片的区域，以前存在的陨击坑会被流出的岩浆充填，而炙热的岩浆冷却后就形成了黑色的月海，由此形成了正反两面差异巨大的月球。