کره ماه ۲۷ درصد از قطر و ۶۰ درصد از جرم این سیاره را دارد، در نتیجه جرم ماه ۱/۸۱ سیاره زمین است و در میان قمرهای شناخته شده سامانه خورشیدی، ماه پس از قمر ۱۰ سیاره مشتری دومین قمر سنگین به شمار می‌رود. دلیل بی‌همتایی ماه نسبت به دیگر اقمار سامانه خورشیدی قوی بودن کشش گرانش ماه و خورشید نسبت به ماه و زمین است. از این رو است که مسیر آن همواره به سوی خورشید انحنا دارد.
ماه قابل رویت‌ترین جرم کیهانی برای رصد از زمین است. فازهای ماه و مدار آن هنوز برای بسیاری معما به شمار می‌روند زیرا گردش ماه به دور خود و در مدار زمین هردو ۲۷.۳ روز طول می‌کشد و ساکنان زمین از این رو همواره یک طرف این کره نقره‌ای را می‌بینند. ماه از آن رو در تاریکی شب دیده می‌شود که نور خورشید را باز می‌تاباند و مقدار سطحی که از ماه دیده می‌شود به موقعیت آن نسبت به زمین و خورشید بستگی دارد.
باوجود اینکه ماه قمر زمین به شمار می‌رود، از سیاره پلوتو بزرگتر است. برخی از دانشمندان آن را به عنوان یک سیاره در نظر می‌گیرند، این درحالی است که چهار قمر بزرگتر از ماه در سامانه خورشیدی وجود دارند، با این‌همه تاکنون کسی این قمر را به صورت رسمی به عنوان سیاره معرفی نکرده‌است. درباره نحوه متولد شدن ماه نظریه‌های متعددی وجود دارد، اما شواهد جدید براین اساسند که ماه درواقع تکه‌ای از سیاره زمین بوده که در اثر برخوردی سهمگین از آن جدا شده‌است.
قابل‌قبول‌ترین توضیحی که تاکنون درباره نحوه متولد شدن ماه ارائه شده این است که برخوردی عظیم مواد خام اولیه را از بدنه اولیه و مذاب سیاره زمین جدا کرده و در مدار زمین قرار داده‌است، به گفته دانشمندان بزرگی جرمی که با زمین برخورد کرده ۱۰ درصد از جرم زمین، یعنی هم‌اندازه مریخ بوده‌است.
ساختار درونی
ماه از هسته‌ای بسیار کوچک، که تنها یک تا دو درصد از جرم کلی ماه را تشکیل می‌دهد، برخوردار است و وسعت آن ۶۸۰ کیلومتر است. بخش غالب این هسته از آهن تشکیل شده اما مقادیر زیادی سولفور و دیگر عناصر نیز در آن وجود دارد.
پوسته سنگی ماه ضخامتی برابر هزار و ۳۳۰ کیلومتر دارد از از سنگ‌های متراکم و آهنی و منیزیمی تشکیل شده‌است. در گذشته‌های دور مواد مذاب درون پوسته خود را به سطح رسانده و در حدود یک میلیارد سال، از چهار میلیارد سال پیش تا حدودا سه میلیارد سال پیش، فوران‌های آتشفشانی را ایجاد کرده‌اند.
پوسته خارجی عمقی برابر ۷۰ کیلومتر دارد، خارجی‌ترین بخش پوسته به واسطه برخوردهایی که طی سالهای متمادی انجام گرفته خراشیده و پرحفره شده‌است، قلمروی درهم شکسته و آشفته که مسیری برای دسترسی به مواد دست‌نخورده عمق ۹.۶ کیلومتری سطح ماه را به وجود آورده‌است. بر خلاف زمین، ماه نه دارای آب است، نه هوا، نه زندگی و نه میدان مغناطیسی. با این‌همه نمی‌توان گفت که این کره کاملاً غیر فعال است، زیرا پدیده ماه‌لرزه می‌تواند نشانه‌ای از وجود نوعی حرکت درونی در ماه باشد.
ساختار سطحی
سطح ماه میلیون‌ها سال پیش در اثر برخورد شهابسنگها مملو از خراش و حفره شده‌است و از آنجایی که هیچ سیستم اقلیمی برروی ماه وجود ندارد، حفره‌های ناشی از این برخوردها فرسوده نشده و همچنان وجود دارند.
سطح ماه به صورت میانگین از ۴۳ درصد اکسیژن، ۲۰ درصد سیلیکون، ۱۹ درصد منیزیم، ۱۰ درصد آهن، سه درصد کلسیم، سه درصد آلومینیوم، ۰.۴۲ درصد کرومیوم، ۰.۱۸ درصد تیتانیوم و ۰.۱۲ درصد منگنز تشکیل شده‌است.
قطعاً ماه در دوران گذشته، آتشفشانهایی داشته است؛ اما غالب حفره‌هایی که در سطح آن دیده می‌شوند، نتیجه اصابت سنگ‌های آسمانی است که بعضی از آنها بسیار عظیم‌اند؛ برای مثال عمق حفره نیوتون ۸٬۰۰۰ متر تخمین زده شده‌است. مطالعاتی که تاکنون برروی این کره درخشان انجام گرفته نشان داده که شکل روی پنهان ماه درست مانند روی آشکار آن نیست. در آنسوی نادیده ماه، حفره‌های بیشتری وجود دارند که ابعاد آنها کوچکتر از حفره‌های روی آشکار ماه است.
اتمسفر ماه
قمر زمین از اتمسفری بسیار رقیق برخوردار است از این رو یک لایه غبار یا یک ردپا می‌تواند برای چندین قرن بروری سطح ماه به جا بماند، و همچنین به واسطه رقیق بودن اتمسفر درجه حرارت ماه نیز به شدت متغیر است، در روز حرارت بخش آفتابی ماه به ۲۷۳ درجه فارنهایت می‌رسد درحالی که حرارت بخش تاریک ماه کمتر از منفی ۲۴۳ درجه است.
رقیق بودن اتمسفر در ماه همچنین باعث می‌شود صدا قابلیت انتقال خود را در این محیط از دست بدهد و از این رو سطح ماه مکانی خاموش و بی‌صدا است. همچنین عدم وجود اتمسفر به معنی نبودن مولکول‌های هوا است و عدم وجود مولکول‌های هوا به معنی پراکنده نشدن نور خورشید در سطح ماه و سیاه شدن آسمان ماه است. از دیگر آثار نبودن اتمسفر در ماه چهره پرخراش و گودال آن است زیرا شهابسنگها پیش از رسیدن به ماه از بین نمی‌روند و مستقیما و به آسانی به سطح ماه رسیده و با شدت به آن اصابت می‌کنند.
خاک ماه تقریبا یک‌رنگ و در همه‌جا خاکستری‌رنگ است و با گرد و غباری پوشیده شده که اصطلاحا خاکه‌سنگ نامیده می‌شود. ماه از صفحات زمین‌ساختی برخوردار نیست و از آن‌جا که در زمین کوه‌ها در نتیجه فشرده شدن این صفحات به هم پدید می‌آیند در ماه پدیده کوه‌زایی منشا زیرسطحی ندارد و تنها بر اثر برخورد شهابسنگها است که ماه دارای پستی و بلندی‌هایی شده‌است.
ویژگی‌های مداری ماه
متوسط فاصله ماه تا زمین ۳۸۴ هزار و ۴۰۰ کیلومتر است، این کره در ۳۶۳ هزار و ۳۰۰ کیلومتری مسیر مداری‌اش به نزدیک‌ترین فاصله‌اش از زمین و در ۴۰۵ هزار و ۵۰۰ کیلومتری مدارش به دورترین فاصله‌اش خواهد رسید.
خواص جزر و مدی
نیروی گرانش ماه برروی زمین اثر می‌گذارد، و منجر به افزایش و کاهش قابل پیش‌بینی ارتفاع سطح آب می‌شود که به جزر و مد شهرت دارند. جرز و مد در مقیاس کوچکتر در دریاچه‌ها، اتمسفر زمین و درون پوسته زمین نیز رخ می‌دهد. مد به پدیده افزایش سطح آب و جزر به کاهش سطح آب گفته می‌شود. مد در بخش‌هایی از زمین رخ می‌دهد که نسبت به میدان گرانشی ماه کمترین فاصله و بیشترین فاصله را دارد. جزر در محدوده‌ای میان این دو منطقه ایجاد می‌شود.
کشش ماه درعین حال چرخش زمین را نیز کند می‌کند، اثری که به ترمز جزر و مدی شهرت دارد و می‌تواند در هر قرن طول روزهای زمینی را درحدود ۲.۳ میلی‌ثانیه افزایش دهد. انرژی که زمین از دست می‌دهد توسط ماه جذب شده و فاصله‌اش را از زمین افزایش می‌دهد، این به آن معنی است که ماه سالانه ۳.۸ سانتیمتر از زمین دورتر می‌شود.
کشش گرانشی ماه شاید اصلی‌ترین عامل قابل زیست‌شدن سیاره زمین به شمار رود، زیرا این کشش میزان لرزش زمین در چرخش محوری‌اش را متعادل کرده و منجر به پایدار شدن آب‌وهوا طی میلیاردها سال شده‌است و به این شکل حیات اجازه رشد و نمو در زمین را یافته است.
چرا ماه به روی زمین سقوط نمی‌کند
زمین نیز با نیروی گرانشش ماه را به سوی خود می‌کشد و اگر می‌شد ماه را از گردش بازداشت، این کره با سرعتی باورنکردنی به سمت زمین آمده و با آن برخورد می‌کرد. اما حقیقت این است که ماه قرن‌ها است که با سرعتی برابر سه هزار و ۶۵۹ کیلومتر در ساعت به دور زمین در حال گردش است. در اثر این گردش، نیروی گریز از مرکزی به سمت خارج ایجاد می‌شود که شدت آن با نیروی گرانش زمین که به سمت داخل کشش دارد، برابری می‌کند. این دو نیروی مخالف، اثر یکدیگر را بطور متقابل خنثی می‌کنند، به نحوی که ماه هموراه بر مدار خود باقی می‌ماند.
گرفت‌ها
طی کسوف یا خسوف، یا ماه‌گرفتگی و خورشیدگرفتگی، ماه، زمین و خورشید در خطی تقریبا مستقیم یا مستقیم قرار می‌گیرند. در ماه‌گرفتگی زمین مستقیما در میان ماه و خورشید قرار می‌گیرد و سایه زمین سطح ماه را به صورت نسبی یا کامل می‌پوشاند. ماه‌گرفتگی تنها زمانی می‌تواند رخ دهد که ماه کامل باشد.
فصل‌ها
محور گردش زمین به دور خودش نسبت به استوا از انحرافی برخوردار است که باعث می‌شود نیم‌کره شمالی و جنوبی زمین متناسب با زمان گاه به سوی خورشید و گاه به دور از خورشید قرار بگیرند و به این شکل فصل‌ها به وجود می آیند. انحراف محور زمین نسبت به خط استوان ۲۳.۵ درجه است درحالی که ماه از انحرافی ۱.۵ درجه‌ای برخوردار است و به همین خاطر است که در ماه هیچ فصلی وجود ندارد، این به آن معنی است که بخش‌هایی از ماه همیشه زیر نور خورشید قرار می‌گیرند و بخش‌هایی دیگر همیشه در تاریکی به سر می‌برند.
فازهای ماه
خورشید خود می‌درخشد، و بازتاب نورش از ماه باعث می شود ساکنان زمین بتوانند ماه را نیز ببینند. اگر رخ آشکار ماه به‌طور کامل تحت تابش نور خورشید قرار بگیرد، ماه از زمین به‌صورت قرص کامل دیده می‌شود، اما اگر نور خورشید تنها بخشی از سطح ماه را روشن کند، بر اساس میزان میزان تابش نور خورشید ماه به شکل هلال باریک نوری، نیم قرص و یا به صورت یک قرص گرد نورانی دیده می‌شود؛ پدیده‌ای که به فازها یا صورتهای مختلف ماه شهرت دارد.
درحدود هفت روز پس از ماه نو، ماه از دید ساکنان زمین از پهلو مورد تابش نور خورشید قرار می‌گیرد. در این شرایط انسان نیمی از ماه را تاریک و نیم دیگر را روشن می‌بیند، وضعیتی که به یک‌چهارم نخست شهرت دارد. هفت روز پس از آن، ماه از دید زمین در مقابل خورشید قرار می‌گیرد و قرص کامل دیده می‌شود، پس از آن است که قطر قسمت نورانی ماه کاسته شده و هفت روز پس از بدر یا قرص کامل، وضعیت یک‌چهارم دوم ایجاد می‌شود، یعنی ماه از دید زمین در سمت راست یا در غرب خورشید قرار می‌گیرد و در نهایت دوباره به وضعیت ماه نو باز می‌گردد.
ماموریت‌های اکتشافی ماه
ماه به عنوان درخشان‌ترین جرم در آسمان شب سیاره زمین، هزاران سال است که راهنمای انسان‌ها بوده‌است، برای مثال ماه‌های تقویم زمین برابر یک چرخش کامل ماه به دور زمین است. گذشتگان توصیف‌های متفاوتی از ماه داشتند، کاسه آتش یا آینه‌ای که زمین را باز می‌تاباند از جمله این توصیف‌ها است. اما فلاسفه یونانی می‌دانستند که ماه کره‌ای است که در مدار زمین در حرکت است که با بازتاباندن نور خورشید در شب قابل دیدن می‌شود. یونانی‌ها همچنین باور داشتند بخش تاریک ماه از دریا پوشیده شده و بخش درخشان آن خشکی است.
اولین انسانی که با استفاده از تلسکوپ برروی ماه رصدهای علمی انجام داد گالیله بود، وی در سال ۱۶۰۹ طی این رصدها سطح ناهموار و خشن ماه را به تصویر کشید که با باور عموم که ماه را دارای سطحی نرم و صاف می‌دانستند، متفاوت بود.
انسان تاکنون ۷۳ مأموریت فضایی به سوی ماه و برروی سطح ماه انجام داده‌است. تغییرات حرارتی شدید روی ماه و همچنین تشعشات مرگبار کیهانی و احتمال برخورد مداوم شهابسنگها هرنوع امکان سکونت انسان برروی این کره را از بین برده و به حداقل رسانده‌است. در این میان پژوهشگران آژانس فضایی ژاپن موفق به کشف حفره‌ای گدازه‌ای در ماه شده‌اند که به اعتقاد آنها این حفره مکانی مناسب برای ساخت اقامتگاه‌های فضایی در آینده‌ای نه چندان دور خواهد بود. سفر به ماه با وجود تکنولوژی‌های امروزی درحدود سه روز طول می‌کشد. کره ماه تنها جرمی است که انسان‌ها تاکنون برروی آن قدم گذاشته‌اند.
درسال ۱۹۵۹ شوروی سابق اولین فضاپیمای خود را برای برخورد با سطح ماه به سوی این کره روانه کرده و اولین تصویر از بخش ناپیدای ماه را به ثبت رساند. در سال ۱۹۶۹ سازمان ناسا اعلام کرد که نخستین فضانوردانش، نیل آرمسترانگ و باز آلدرین طی ماموریتی نفس‌گیر به نام آپولو بر سطح ماه فرود آمده‌اند، این دو فضانورد حین بازگشت ۳۸۲ کیلوگرم از خاک و سنگ‌های ماه را برای مطالعه و بررسی با خود به زمین آوردند.
تحقیقات و مطالعات برروی ماه پس از وقفه‌ای طولانی در دهه ۱۹۹۰ با آغاز ماموریت روباتیک کلمنتاین و جستجوگر ماه ناسا از سر گرفته شد. هردو ماموریت احتمال وجود آب در قطب‌های ماه را زنده کردند، نشانه‌هایی که در سال ۲۰۰۹ با پرتاب مدارگرد اکتشافی ماه و رصدگر حفره‌های ماه به اثبات رسید. مدارگر اکتشافی ماه در سال ۲۰۱۱ دقیق‌ترین نقشه از ماه را به زمین ارسال کرد.