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自古以来，人们就喜欢仰望月亮，然而无论何时何地人们看到的总是月亮的同一面。为什么人们无法观察到月亮的另一面呢？原因在于月球绕轴自转的周期与绕地球公转的周期刚好相同，因此人们用肉眼始终只能观察到月球的半个球面。
地球的公转轨道面和月亮的公转轨道面存在一个交角，这就使月亮自转轴的南端和北端，每月轮流朝向地球，因而在地球上有时也能看到月亮两极以外的一小部分，占月亮表面的59%。那么其余的41%的月面（月亮的背面）呢？它始终背着地球，让人难窥其实。有人说，月亮的背面，也许有空气和水的存在，重力可能要比正面大一些；也有些人预言那里有一片既广阔、又明亮的环形山；还有一部分人认为月亮正面的中央部分是最高地，而背面的中央部分则是一片“大海”——呈暗色的平原。
1959年1月2日，前苏联发射的“月球1号”探测器在1月4日飞抵离月亮6000米的上空，并拍摄了一些照片传回地球。1959年10月4日，前苏联又发射了“月球3号”。它于10月6日开始进入月球轨道飞行，7日6时30分，转到月亮背面大约7000米的高空。当时在地球上的人们看到的是“新月”景象，而在月亮上正是太阳照射其背面的白天，是照相的大好时机。就这样有史以来拍摄到的第一批月亮背面的照片公之于众。
月亮的背面也像正面一样，中央部分没有“海”，绝大部分是山区，其他地方虽有一些“海”，也都比较小。背面的颜色相较于正面稍红一些。
1966年美国“月球太空船”所拍摄的照片，使人们能够看清同美国西北部的圆丘相似的月面上那些大量错落、形状不一的圆丘。科学家认为，是月亮内部熔岩向月面鼓涌形成了这一月貌。
科学家对现代科学仪器观测的结果和宇航员带回的月亮岩石进行分析，提出了这样的假设：在月貌的形成过程中，火山活动和陨星撞击这两种自然力量都起了作用。在火山活动中形成了许多圆丘和较小的环形山，而那些大环形山则是陨星撞击月亮时造成的。
陨星撞击月球的外壳
40亿年前：月球在诞生后的第一个7.5亿年中，经历了一个由陨星造成的破坏性的撞击阶段。陨星的碰撞破坏了月球外壳，并在月表各处形成环形山。
熔岩通过月球外壳的裂缝喷发出来
30亿年前：碰撞的次数降低。当又大又深的环形山被月表下100千米处向上涌的熔岩（熔化的岩石）注满时，火山剧烈活动期就来临了。熔岩固化形成了月海。
火山活动已经全部停止
现在的月球：在过去的16亿年中，月球表面变化不大。一些明亮年轻的环形山，例如哥白尼环形山显露了出来。大部分原始外壳已在形成环形山时被破坏。
而随着科学家观测的深入，产生的有关月背的疑团却愈发复杂。第一件怪事是月球的最长半径和最短半径都在月背。月球半径最大处比平均半径长4千米，最小处比平均半径短5千米（月球半径的平均值通常被认为是1738千米）。
月球
第二件怪事则是月球的正面集中了所有的月瘤。月瘤也叫月质量瘤，是月球表面重力比较大的地方。科学家们估计，在这些地方的月面以下有许多高密度物质。此外，月球上还有些地方重力分布小于平均值。令人不解的是，月瘤所在的正异常区和重力偏小的反异常区都在正面，而月背上却没有一处。
另外，月球“海洋”、“湖”、“沼”、“湾”等凹陷结构占了月球正半球面积的一半，共有30余处这样的凹陷分布在月球上，但90%以上都集中在正面，完整的“海”只有两个是在月背上，不足背半球面积的10%，月背其余90%的面积都是由起伏不平的山地所组成，山地的分布结构呈现出几个巨大的同心圆，地形凹凸悬殊，剧起剧伏，而这种地势是正面所没有的。
人们不禁要问，月球正面与背面的这些差异是怎样形成的？自从看到了月球背面的“本来面目”，科学家们便对这一问题从各种角度展开了研究。经过长期的努力，科学界形成了几种不同的见解。
有人认为，在地球引力的作用下月球发生了“固体潮”，即月球地层也出现类似地球上的潮汐现象，结果就导致了正背面的差别。也有人认为，月球正背面的差异是由巨大的温差所造成的。当地球运转到太阳与月亮之间，月亮上便会发生日全食，此时月球正面的温度会急剧降低，因而形成巨大温差，反复的温度骤变引起了正背面的差别。
月球绕地球旋转示意图
月球围绕地球旋转的时间和它围绕自己的轴运行的时间相同，因此月球的同一面，也就是正面，总是面向地球，而月球的背面则总是背离地球。
知识链接
为什么月球会改变形状？
月球看起来似乎会改变形状，这是因为我们只能看到月球被太阳照射到的那一部分。新月时，没被太阳照射到的那一面正对地球，所以我们看不到它。逐渐地，随着月球围绕地球运动，我们能看到月球上越来越多的被太阳照射到的区域，直到整个月球，也就是满月。接着我们看到的部分又变得越来越小，直到消失。两个新月出现的时间间隔是29.5天。