人們發現月亮上的景色是不會變化的。而且總是以一面對著地球,彷彿有意不讓人看到它的背面一樣。因此有人認為,月球是不會自轉的。可是人們最終知道,月球不僅可以進行自轉,而且它自轉一圈的時間與公轉一圈的時間剛好一樣,這是一種複雜並且相當有趣的運動。月球既繞地球公轉同時,也自轉,它旋轉的兩個週期一定相同,同為27.3天,並且方向永遠相同,結果總是一面朝向地球。因此,地球上的人永遠只會看到月球的一面,卻看不到它的另一面。也有人說,這好象一群人手拉手然後圍著一個人跳舞,這時站在中央的人無論怎樣轉都不會看到跳舞人的後背。我們也能做個實驗用來說明這種情況:我們在房中間放把椅子代表地球,自己代表月球繞它走一圈後,你就會發現你的身體的一面始終是對著椅子,但是另一面總是背對著椅子。細心的你可能早就知道,月球的一面總是朝向地球的,我們永遠無法在地球上看到月球的另外一面(嚴格的說,由於月球天平動,我們至多可以看到59%的月面,而不是50%)。這一奇妙的現象也被拿來當作主張月球中空說人們的證據。他們認為這是“造月的‘人’讓月球永遠以一面向著地球,用設在這一面的裝置控制地球。而他們則住在月球背面的內部。他們製造飛碟做些研究或修護儀器,並注意地球人的動靜。”果真如此嗎?月球永遠只有一面朝像地球,也就是說,月球繞地球公轉的週期和月球自轉的週期是(大致)相等的。聽起來這確實是個不可思議的事實,然而,科學告所我們,這個事實儘管奇妙,卻可以解釋,並且在宇宙中並不少見。回想一下剛才我們談論的潮汐現象。起潮力把地球上的海水“拉”成了橢球形,然而地球還在自轉——地球和海水之間就形成了摩擦力。這種潮汐摩擦的結果是使地球自轉變慢。一種叫做鸚鵡螺的化石可以讓人們瞭解到遠古年代地球上一天的長度。40億年前,這個數字是8.2小時,16億年前是16.6小時。到了恐龍繁盛的時代,一天的長度已經和現代差不多了。並且,現在一天的長度還在變長。潮汐作用是相互的,而且地球對月球的潮汐作用影響更大。儘管月球上沒有海洋,起潮力同樣會對月球產生這種減慢月球自轉的影響。在地球的起潮力的作用下,月球終於變成了一面永遠對著地球。事實上,對於所有行星的衛星,長期的趨勢必然是公轉和自轉的週期相等。這並不是什麼人造的“巧合”,而是萬有引力作用下的行星—衛星的雙人舞。對於地月系,地球的自轉將繼續減慢,月球則不斷遠離地球,直到達到一種平衡狀態,並將永遠保持下去。我們或許可以稱之為地球和月球的華爾茲。月球不是中空的,那麼它的內部結構是怎樣的?月球不是外星人的宇宙飛船,那麼它來自何方?我們需要承認,這是兩個相當困難的問題。然而經過科學家的努力,我們還是知道了關於月球的一些秘密。首先是月球內部的結構。地震是瞭解地球內部結構的一把鑰匙,甚至是科學家研究星球內部結構的唯一方法,一個典型的商業用途就是利用人工地震波尋找石油。這個方法也同樣適用於月球。在阿波羅登月計劃中,科學家在月面安放了幾架地震儀。透過地震儀就可以瞭解到月球內部的結構。一個典型的月球內部模型如圖二所示。月球擁有一個大約65km厚的月殼,這要比地殼厚的多,因此月震的震級也小的多。深層是1000km以上的月幔。至於月核是怎樣的,現在還不太清楚。它有可能只是一個小的鐵核,因為月球的磁場相當微弱。至於月球的起源,這是一個引人入勝的話題。迄今為止,人們熟悉的月球起源學說總共有四種:同源說、俘獲說、分裂說和衝撞說。前三種假說都有無法解釋的地方。例如月球很少含鐵,這導致了同源說(地月共同形成)的矛盾。又如分裂說(月球是從地球赤道上“甩”出去的),則無法解釋月球軌道的傾角和分離的初速度要求太高。衝撞說是20世紀70年代興起的一個假說,現在已經得到了大多數天文學家的認同。它能夠很好的解釋月球形成的過程。

因為月亮有潮汐鎖定現象，自轉週期和公轉週期一樣的，都是約27.3地球日。在地球上的我們因此只能看到月亮朝向我們的一面，背對地球的那一面是看不到。 PS，由於光線折射原理，實際上我們在地球上能看到的月亮表面要多於50%，約能看到59%的月亮表面。