古典时代，人类对月球运动规律的研究，月球研究从宗教迷信走向科学。
古人观察月亮发现了月亮会规律性地出现阴晴圆缺的变化，并根据月亮在天空中位置的变化，发明了各种历法，成为人类最早测量时间和安排生活的手段之一。
为了系统性地了解月亮的阴晴圆缺变化、日食、月食等现象，2000多年前的古希腊先哲们试图抛开宗教迷信，从天文的角度来理解月球在夜空中的变化规律。由于受到来自正统宗教势力的压迫，天文学发展非常缓慢，直到14世纪至16世纪的欧洲文艺复兴时期，天文学才取得了重大突破。这其中最著名的当属天文学家尼古拉·哥白尼在16世纪提出的“日心说”，有力地打破了长期以来居于宗教统治地位的“地心说”谬论，实现了天文学的根本变革。日心说模型经过了后来约翰尼斯·开普勒的天体运行规律和牛顿的万有引力定律的改进，赢得了广泛的认可，最终成了奠定现代宇宙学发展的重要基础之一。
日心说完美地解释了月球规律性的阴晴圆缺，原来是地球、月球和太阳三个天体之间相对位置变化的结果。随着对天体运动规律研究的深入，越来越多的天文现象得到了科学合理的解释，人们最终认识到那些月球的“神秘”现象不过是天体运动的自然结果而已，迷信和神话传说逐渐被基于物理规律的天文学所取代。
望远镜时代，制图学主导的月球科学又有哪些进展呢？
望远镜是人类科学史上的一项重大发明， 1609年，伽利略首次将望远镜对准了月球，并绘制了大量月球图像，撰写了《星际信使》用来记录他通过望远镜观测到的新发现：月球具有粗糙的表面，不仅有山脉、峡谷、平原、海洋等熟悉的地形，还有一种地球上并不常见的特征——无处不在的环形山，人类对月球的认知提升到了一个新的科学高度。
伽利略的观察结果引起了巨大轰动，激起了很多人通过望远镜来“近距离”欣赏月球的兴趣，用望远镜对月球的观测和描绘掀起了制图热潮，至此制图学主导了月球科学的发展。
从1668年的艾萨克·牛顿反射式望远镜的成功搭建，到18世纪消色差折射望远镜的发明，望远镜技术得到了长足的发展，人类可以更精准更高效地观测月球。人们对绘制地图的精度追求越来越高，终于在1837年达到巅峰。这一年，德国天文学家威廉·比尔和地理学家约翰·海因里希·马德勒发表了重要著作《包含整个月球可见半球的月面图》，400多页地图中包含了丰富的细节以及详细的度量和坐标，并提供了各个月面特征的描述性说明。此后，人们用更先进的望远镜对月球做了进一步的观测和研究，也都是在比尔和马德勒的杰出成就的基础上做一些微小的修补而已。
地质学时代，人类对月球地貌成因的探索。
19世纪30年代，摄影技术诞生，但是早期摄影技术远未达到足够的灵敏度，无法捕捉到暗弱或者移动的天体，因此摄影技术并没有广泛应用于天体观察，目视手绘观测依然是主流。20世纪50年代，摄影技术取得了突飞猛进的发展。1960年，行星科学家杰拉德·柯伊伯将摄影技术大范围应用于月球研究，发表了《月球摄影地图集》，成为太空时代来临之前的标准地图，至今仍有重要的参考价值。
1960年，柯伊伯在亚利桑那大学创立了月球与行星实验室，揭开了人类天体研究的新篇章。柯伊伯聚集和培养了一大批天文学家，开展了一系列雄心勃勃的月球研究计划，为美国空军制作月球航天图以及月球地质地层图奠定了基础，同时还对月球环形山进行了系统化的研究。
自望远镜时代开始，人类就在月球上观测到大量的环形山，那么它们是如何形成的呢？科学家们对此争论不休。当时主要有两种成因说：大多数月球观测者们都认为火山作用是塑造环形山的主要机制，少部分则认为环形山可能是小行星和彗星撞击形成的。直到1961年，月球与行星实验室的威廉·肯尼斯·哈特曼给出新的观测证据，撞击成因说才逐渐被人们所接受。
哈特曼在月球与行星实验室主要从事月面边缘区域的图片矫正工作。哈特曼将多张月球照片投影到一个直径约为90厘米的白色球上，然后从不同的方向和角度重新拍摄这个圆球，来修正原本单张照片边缘的模糊区域。当哈特曼绕着圆球四处走动时，他发现了多处非常巨大而漂亮的同心圆环形山，环形山横跨上千米，任何规模的火山活动都无法形成如此巨大的结构，它必定是撞击形成的。由此解开了环形山之谜。
太空时代，人造探测器造访月球解开的新谜团。
人类在古典时代已经通过观测发现，地球上看到月球只有固定不变的一面，许多人不禁猜想月球背面是什么样子的。直到1959年，苏联发射了月球3号无人探测器奔赴月球轨道，首次成功拍摄到了月球背面的照片，月球背面与正面在地质形态上相似却又有很大差异。为什么会出现如此大的差异呢？
为了寻找新谜题的答案，半个世纪以来，各国都以月球为目标开展了诸多的探测任务。人类获取了大量的照片、岩石样本、勘测数据，为我们揭开了大量的月球谜团，比人类千百年来的全部观测所得还要多。通过对岩石样本的地质学研究和数据分析，地质学家和天体学家们发现月球相较地球的几个特征：密度低、缺少水、存在局部磁场、重力分布不均匀。为何会出现这样的特征呢？我们需要从月球的形成和地质演化历史中寻找答案。
关于月球的起源，人类很早就提出不同的假说来试图解答这个谜题。在太空时代之前，人类只能不断提出新的理论和假说，然后通过严密的科学论证来否定、抛弃和更新这些理论和假说，其中最著名的有星云同源假说、地球分裂假说、地球俘获假说、大撞击假说。其中最被广泛接受的是，大撞击假说。
大撞击假说是由两位美国天文学家威廉·哈特曼和唐纳德·戴维斯于1975年提出的，他们认为在太阳系形成的早期，地球还没完全成型而处于一个熔融状态，地球与一个跟火星差不多大小的叫做“忒亚”的原始行星发生了剧烈的撞击，只有较轻的物质被撞碎和抛射出来，这些碎屑重新聚集形成了月球，这也说明了为什么月球密度明显低于地球；刚形成的月球非常热，热量驱散了月球上的易挥发成分，这解释了为什么阿波罗号带回来的岩石样本中只有很少的水分；由于月球的体积和质量都比较小，因此冷却速度极快，在碎屑聚集的过程中，大量的金属物质局部快速冷凝，并在局部形成磁场；这些金属物质的分布不均，也导致了月球的重力分布不均的现象。至此，人类对月球的来源达成了共识。
人类对月球的了解和认知并不是一蹴而就的，是在漫长的历史长河中逐渐发展和更新而来。如今，月亮的魅力有增无减，未来，月亮或许会带来更多的惊奇！
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