Видимое движение Солнца и Луны, смена лунных фаз, солнечные и лунные затмения — вот те первые обстоятельства, на которые обратили внимание простые наблюдатели и ученые древности. Они заметили также связь Луны с морскими приливами и солнечными затмениями, а сопутствующие этим явлениям мистические и религиозные толкования оказывали серьезное воздействие на повседневную жизнь древнего человека. Вот почему в первую очередь Луна, а не Солнце сделалась объектом религиозного поклонения людей.
Хотя природа Луны в течение многих тысячелетий оставалась неразгаданной, размышления философов древности о Луне приводили их к поразительным догадкам. Они сумели узнать о Луне поразительно много.
Так, например, древнегреческий философ Анаксагор (около 500–428 года до н. э.) предполагал, что Луна каменная, а другой древнегреческий ученый-материалист Демокрит (около 470 года до н. э. — ?) считал, что пятна на ней — это огромные горы и долины. Знаменитый Аристотель (384–322 годы до н. э.) доказал шарообразность Луны.
Древние греки знали, что Луна обращается вокруг Земли и с тем же периодом вращается вокруг своей оси. Задолго до польского астронома Коперника (1473–1543)древне-греческий астроном Аристарх Самосский (около 320 — около 250 года до н. э.) предложил гелиоцентрическую модель Солнечной системы, а древнегреческий астроном Гиппарх (около 180–125 года до н. э.) установил, что орбита Луны имеет овальную форму и что она расположена в плоскости, отклоненной на пять градусов от плоскости орбиты Земли. Кроме того, он же уточнил относительное расстояние до Луны, определив его в 59 земных радиусов. Наконец, во II веке н. э. греческий астроном Птоломей (около 90 — около 160 года) оставил потомству довольно точные таблицы движения Луны.
Однако с закатом античной культуры угас и интерес к Луне. В период Средневековья многие работы древних астрономов были забыты или даже уничтожены. В то время лишь в странах арабского мира продолжались наблюдения Луны и других небесных светил и объектов.
Новый период в изучении Луны начался в XVII веке с изобретением итальянским ученым Галилео Галилеем (1564–1642) телескопа. В 1610 году» наблюдая в телескоп Луну, он обнаружил, что ее поверхность покрыта темными и светлыми пятнами. Галилей назвал темные области «морями», потому что они показались ему обширными водными бассейнами, а светлые «материками». Последние изобилуют горными хребтами, ущельями и очень характерными кольцевыми образованиями — кратерами, многие из которых имеют посредине так называемую центральную горку. Крупнейшие из кратеров стали называться также цирками.
С тех пор вот уже почти четыре столетия длится эпоха телескопического изучения Луны. За это время ученые составили карты Луны, и многие детали лунного рельефа получили собственные имена. Хребтам дали названия земных горных систем — Альпы, Апеннины, Кавказ, а равнины стали называться Океаном Бурь, Морем Дождей, Морем Спокойствия и т. д. Кратерам же присвоили имена известных ученых, астрономов, математиков и других знаменитостей. Так, на Луне известны кратеры Коперника, Кеплера, Ньютона, Ломоносова, Циолковского и т. д.
Уже Г. Галилей знал, что на Луне не бывает облаков, хотя был абсолютно уверен в существовании у Луны атмосферы. Первым, кто пришел к выводу о том, что на Луне нет атмосферы, был нидерландский ученый Христиан Гюйгенс (1629–1695). На эту мысль его навело наблюдение края лунного диска во время солнечного затмения.
Открытие известным немецким ученым Иоганом Кеплером (1571–1630) законов движения планет Солнечной системы и великим английским ученым Исааком Ньютоном (1643–1727) — закона всемирного тяготения привело к переориентации последующих исследований Луны. На некоторое время картографирование Луны приостановилось, и на первое место вышла выдвинутая в то время теория ее движения, которая стала разделом небесной механики. Ньютон разработал метод определения массы Луны по величине возбуждаемых ею приливов в земных океанах и морях.
В начале XIX века продолжала совершенствоваться теория движения спутника Земли, а к его окончанию относятся и первые астрофизические исследования Луны: фотометрические измерения, исследования поляризации лунного света, измерение температуры ее поверхности и т. д. В конце XIX века были получены первые снимки Луны и выпущен ее первый фотографический атлас.
К концу 40-х годов XX века информации о Луне накопилось достаточно много. Так, если смотреть на Луну со стороны земного Северного полюса, Луна, как и все планеты и спутники Солнечной системы, обращается вокруг Земли в направлении против часовой стрелки. В частности, оказалось, что она обращается вокруг Земли по эллиптической орбите со средней скоростью 1,02 километра в секунду и с периодом, равным примерно календарному месяцу. При этом полный оборот на небе по отношению к звездам Луна совершает за 27 суток 7 часов 43 минуты 11,5 секунды (так называемый сидерический месяц). Период же обращения Луны вокруг Земли по отношению к Солнцу равен 29 суткам 12 часам 44 минутам 2,7 секундам. В течение этого периода (так называемого синодического месяца) происходит последовательная смена лунных фаз.