自古以来，人类对月球就充满了无限的向往，不过直到近代，才开始了科学的探索。尤其是在20世纪50～70年代，在冷战的背景下，美国和前苏联为了争夺霸权围绕月球探测展开了空前的太空竞赛，从而拉开了探月和登月的序幕。期间，前苏联利用“闪电”号火箭等，先后发射了24颗月球探测器，曾一度领先美国。为了改变美国在太空竞赛中落后的局面，美国总统肯尼迪策划并实施了一个大胆的计划——“阿波罗”登月计划，成为人类航天史上的里程碑事件。
美国、前苏联的探测活动带动了月球科学的发展，并且促生了人类对探索月球的欲望，到了21世纪，月球探测活动又进入了一个高潮，欧盟、日本、印度等国家也制定了相应的探测计划，为人类征服月球奠定了基础。
伊巴谷：测定地月距离第一人
伊巴谷，公元前约190年出生于小亚细亚（今土耳其），约卒于公元前120年。这位古希腊天文学家发明了许多用肉眼观察天象的仪器，测定了月亮视差，是三角学的奠基人，发现了追踪太阳在天空中的运行路径；提出通过月食测定太阳—地球—月球系统的相对大小。
伊巴谷通过观测室女座中的角宿一，伊巴谷发现了分点的岁差（恒星经过几世纪造成的位移）。他也将太阳年的计算精确到实际长度的7分钟之内，并估算出太阳和月亮到地球的距离。在他去世后的几个世纪中，他的研究成果都未遇到挑战。伊巴谷一生的大部分时间都在罗得岛度过，并终老于该岛。他长期在罗得岛上进行天文观测，编制出了约含850颗恒星的星表。这么多星星怎么区分呢？伊巴谷按照亮度将恒星划分为6等，最亮的20颗星是1等星，而6等星指那些刚刚能为肉眼看见的恒星。这种分类方法一直被后人所借鉴。
人类探月之路为了更准确地观测天体，伊巴谷制作了许多仪器。由于他的大部分著作都已失传，他的成就只能从旁人的著作中得到了解。人们描绘伊巴谷发明了一种“瞄准器”，一根约2米长的木杆上，有沟槽可容一个挡板在其中滑动，在木杆的一端竖立一块有小孔的板，人眼从小孔中观察星体，同时滑动挡板，使它刚好遮住目标。根据挡板与小孔之间的距离及挡板的宽度，就可以算出被测物体的相对大小，或星空中两点的视距离。他还发明了一种星盘，可以测天体的方位和高度。人们还传说他制作过一个天球仪，刻在上面的恒星数目比他列在星表上的还多。
伊巴谷认为通过观测日食可以测定地月距离，但需要2个地点的观测数据。在土耳其附近，人们看到了日全食；而在经度接近而纬度不同的亚历山大城，只能看到日偏食，月球最大遮住了太阳的4／5。由此，他推算出了月球的视差，他也将太阳光处理为平行照射到地球上。他的计算结果是，月球直径是地球的1／3，月地距离是地球半径的605倍。第一个数据偏大了一点，对于第二个数据，按照现在的测量结果，月地距离是地球半径的6034倍。由于埃拉托色尼已经给出了地球半径的数据，于是伊巴谷得到了月地距离的真实数据。让我们替伊巴谷算一下：38400×605／（2×314）千米：37万千米。现代的月地距离数据是38万千米。
伊巴谷的太阳数据误差较大，主要还是受阿里斯塔克的数据影响。伊巴谷算出的太阳直径是地球直径的12倍多，而实际太阳直径超出地球达100倍之多；他的日地距离是地球半径的2500倍，而实际是2万多倍。
伊巴谷被公认是古希腊最伟大的天文学家，不过当时天文学家对宇宙结构的看法现在看来是错误的。古希腊的天文学家想当然地认为，圆形是最完美的图形，所以天体的运动轨道必定是圆形的，而且运动速度是匀速的。按照当时普遍的说法，地球是宇宙的中心，那么地球就是所有天体圆形轨道的圆心。然而实际观察时，人们发现行星运动时快时慢，还有逆行开“倒车”的现象。为了解释这些现象，伊巴谷综合前人的成果，认为地球并不在圆心位置，而是在圆心附近，稍稍偏离了圆心。因此从地球上看过去，行星的速度会时快时慢；他还认为行星本身先沿着一个小圆轨道转动，这个小圆的圆心再围绕着地球附近的大圆圈转动，这就解释了为什么行星有时会发生逆行。
月亮与历法
在望远镜没有发明以前，人们主要通过肉眼观察月亮和它的运动规律。我们在地球上看到的月亮每天在自东向西的移动中，它的形状也在不断地变化，这种月亮位相的变化，叫做月相，故云：“人有悲欢离合，月有阴晴圆缺”，这里的圆缺就是指月亮的月相变化。中国、埃及、印度和古巴比伦四大文明古国，早在公元前两三千年前就测出月相的变化的周期为29天多。很早以前，人们就以月亮的运动周期来作为较长的计时单位——月，也就是今天我们称的月份。月相变化示意图我国古时将月亮也称太阴。因此根据月相圆缺变化的周期（即朔望月）制订的历法称为阴历。月亮很早就被人们引用于社会生活中了。而更长的计时单位——年，则是以太阳的视运动周期，即根据地球围绕太阳的运转周期（回归年）来定的，以此制订的历法称为阳历。无论是古中国或是其他文明古国，都测出年长约36525日。我国古六历（黄帝历、颛顼历、夏历、殷历、周历、鲁历）又称四分历，就是因为有这个1／4日的缘故。
月份长以太阴的运动为标准，年长以太阳的视运动运为标准，这种历法就是“阴阳合历”。除古埃及使用太阳历外，其他文明古国都用阴阳历。中国历史上记载的最早的成文历法是春秋末年的四分历，它是当时世界上最先进的历法。四分历确定1年的长度为36525日，每19年设置7个闰年，这是当时世界上采用的最为精确的数值。我们现在使用的农历就是这种阴阳历。
知识点阴历
阴历在天文学中主要指按月亮的月相周期来安排的历法。以月球绕行地球一周（以太阳为参照物，实际月球运行超过一周）为一月，即以朔望月作为确定历月的基础，一年为十二个历月的一种历法。在农业气象学中，阴历俗称农历、殷历、古历、旧历，是指中国传统上使用的夏历。而在天文学中认为夏历实际上是一种阴阳历。
望远镜的功劳
伽利略制作的望远镜望远镜是在1608年由荷兰的一位叫做汉斯·里佩的眼镜商人发明的。有一天，里佩的儿子在玩耍中偶然发现，将两块透镜重叠，并使其相隔一定的距离，通过镜片观察，可以看见远处教堂屋顶原来几乎看不见的小鸟。里佩受此启发，把2块镜片装在一个铜管的两头，制成了世界第一架望远镜。
汉斯·里佩的这项发明，引起了意大利天文学家伽利略的关注。1609年，伽利略自己动手制作出了放大32倍的光学望远镜。这种望远镜由2个镜头组成，物镜大一些，目镜小一些。光线从物镜进入，出现物像的倒影，光线通过第二个镜头后，发生折射现象，使光线变成平行，眼睛看到放大了的物像，但是倒影。这种折射望远镜有一个缺点，即物像有些模糊。
1609年12月的一天，当伽利略将望远镜对准月球这个离地球最近的天体时，令他惊异的是，他看到月球竟然是一个崎岖不平、坑坑洼洼的世界，上面有高耸的山脉、伽利略广阔的洼地，还看到了奇特的像火山口那样的环形山。在这之前，人们一直认为月亮表面是冰清玉洁般的光滑，望远镜使人类第一次看到了月亮的真实面貌。
牛顿伽利略根据自己的观测，画了一个月面图，这个图成为世界上第一幅月面图。伽利略首次给月亮上的两条大山脉起名，用自己祖国的两座大山名称——亚平宁山脉和阿尔卑斯山脉来命名月球山脉。从此以后，月面上的许多山脉与高山照例用地球上的山来命名。
1645年比利时数学家、博物学家朗格林诺斯发表了他画的月面图，在图上标有322个地形物，他把暗的区域叫做“海”，把亮的区域叫做“大陆”，这种称谓沿用至今。
1668年英国科学家伊萨克·牛顿（1642—1727）发明了反射望远镜，它的物镜由一个抛物面或双曲面形的凹面镜组成，光线由凹面镜反射后，经一个小平面镜反射出来，由目镜进行观测。反射望远镜克服了折射望远镜物像模糊的缺点，使对月面的观察更前进了一步。进入18世纪以后，随着天文望远镜的发展，人类对月面的了解则更为深入。
知识点折射式望远镜的发展
1757年，杜隆通过研究玻璃和水的折射和色散，建立了消色差透镜的理论基础，并用冕牌玻璃和火石玻璃制造了消色差透镜。从此，消色差折射望远镜完全取代了长镜身望远镜。
19世纪末，随着制造技术的提高，制造较大口径的折射望远镜成为可能，随之就出现了一个制造大口径折射望远镜的高潮。世界上现有的8架70厘米以上的折射望远镜有7架是在1885年到1897年期间建成的。
折射望远镜最适合于做天体测量方面的工作，到1897年叶凯士望远镜建成，折射望远镜的发展达到了顶点，此后的这一百年中再也没有更大的折射望远镜出现。这主要是因为从技术上无法铸造出大块完美无缺的玻璃做透镜，并且，由于重力使大尺寸透镜的变形会非常明显，因而丧失明锐的焦点。
探测月球新时代
1957年10月4日，前苏联成功发射了人类第一颗人造地球卫星，标志着人类从此走向了航天时代。利用火箭发射月球探测器探测月球，使月球的探测活动进入了一个新的历史时期。
从20世纪50年代至今，人类发射无人月球探测器探测月球采用了以下5种方式：
（1）飞越月球。探测器从地球表面发射，沿抛物线或双曲线越过月球，对月球进行近距离探测，然后飞向太阳系，成为人造行星。这种方式探测时间短，获得的信息少。
第一颗人造卫星升空
（2）击中月球。探测器从地面发射，沿椭圆、抛物线或双曲线直接击中月球，利用撞毁前的短暂时间进行探测。
（3）月球卫星。探测器从地面发射，经轨道中途修正、调姿，进入月球引力场作用范围，再经制动火箭点火和速度修正，被月球引力场捕获，形成月球卫星，进行环绕月球探测，这种方式可以进行长时间的探测。
（4）探测器在月面软着陆。探测器从接近月球或由月球卫星经过减速机动飞行，实现在月球表面上软着陆，以进行实地探测。
（5）探测器从地球—月球—地球的探测。月球探测器在月球表面软着陆后，在月面上完成摄影、采样等任务后返回地球。
知识点软着陆与硬着陆
软着陆指航天器在降落过程中，逐渐减低降落速度，使得航天器在接触地球或其他星球表面瞬时的垂直速度降低到很小，最后不受损坏地降落到地面或其他星体表面上，从而实现安全着陆。例如，通过推进器进行反向推进，或者改变轨道利用大气层逐步减速，或者利用降落伞降低速度。一般来说，每种航天器都是通过多种减速方式共同作用进行减速，达到软着陆的目的。
相对于软着陆，物理上的硬着陆一般是指航天器未减速（或未减速到人员或设备允许值），而以较大速度直接返回地球或击中行星和月球，这是毁坏性的着陆。
寻找探月之路
1961年5月25日，美国总统肯尼迪在国会宣布美国要在10年之内实现把人送上月球并使之安全返回地球的目标。美国的这一载人登月计划被称为“阿波罗”计划，它使世界为之震惊。前苏联立即调整了原有的航天发展计划，决定首先开展载人登月的考察研制工作。
然而，月球这个一直被人们不断猜测和想象的星球，它的表面是什么样呢？上面能承受飞船的压力吗？应选择什么样的地方降落飞船呢？人能否在月面上行走呢？人上了月球是否安全呢……一大串问号摆在人们面前。解答这些问题的唯一办法，就是派探测器去探测。
前苏联发射的47个月球探测器共分3个系列：“月球”号系列、“宇宙”号系列和“探测器”系列；美国发射的36个分为“先驱者”、“徘徊者”、月球轨道器和“勘测者”4个系列。
美国前总统肯尼迪月球探测器大多是通过绕月飞行进行考察，也有的在月球降落，对月球表面进行探测。由于它们的出发点地球和目的地月球都在运动，因此月球探测器必须选择合理的飞行路线，以便最近、最省时地飞向目标。
月球距离地球大约为38万千米，据计算，派往月球的探测器的初速度不得小于每秒10848千米。月球探测器在飞行过程中常常是在地球和月球引力共同作用下运动。科学家常将月球探测器的轨道飞行分为2个阶段：①以地球引力为主的阶段（当月球探测器与月球的距离大于66万千米时）；②以月球引力为主的阶段（当月球探测器与月球的距离小于66万千米时）。而且在实际飞行中，月球探测器还受到太阳的引力影响。因此，月球探测器的飞行路线非常复杂。
如果月球探测器最终目`的是为击中月球，那么就要选择适当的发射时间，使月球探测器的飞行轨道与月球相交；如果要击中月球表面的特定区域，那么发射初速度、发射时间和月球所在的位置及运动都需要严格选择，而且在飞行途中还要严格修正探测器的轨道参数。
如果要长时间地考察月球，月球探测器需成为绕月飞行的月球卫星。