Chúng ta có thể quan sát được các hình dạng khác nhau của Mặt trăng vào các thời điểm trong tháng, nhưng dù ở hình dạng nào cũng chỉ là một phía của Mặt trăng và không bao giờ thấy mặt sau của nó.
Mặt trăng khi quan sát từ Trái đất sẽ có nhiều hình dạng khác nhau khi nó di chuyển trong quỹ đạo, được gọi là các pha, gồm Trăng tròn, Trăng khuyết, Trăng bán nguyệt, Trăng lưỡi liềm và không Trăng.
Phía sau của Mặt trăng có nhiều miệng hố và ít điểm tối hơn phía đối diện với Trái đất. (Nguồn: NASA)
Tuy ở bất kỳ hình dạng nào, chúng ta cũng chỉ có thể nhìn thấy một phía của Mặt trăng mà không bao giờ nhìn được mặt phía xa của hành tinh này.
Nửa không nhìn thấy được của Mặt trăng, còn gọi là mặt khuất, mặt xa hay mặt sau của Mặt trăng (đôi khi còn được gọi là vùng tối của Mặt trăng).
Khoảng 18% nửa này của Mặt trăng đôi khi được nhìn thấy từ Trái đất do hiệu ứng đu đưa của Mặt trăng. 82% còn lại con người chưa thể quan sát được.
"Vùng tối của Mặt trăng" thực ra là một thuật ngữ không hoàn toàn chính xác bởi vùng này vẫn nhận được ánh sáng Mặt Trời, nhưng con người ở Trái đất không bao giờ nhìn thấy nên nó luôn là vùng tối.
Nhìn từ Trái đất, có vẻ như Mặt trăng không hề quay mà nó quay quanh trục của nó, giống như Trái đất. Tuy nhiên, Mặt trăng bị khóa thủy triều với hành tinh của chúng ta, khiến chu kỳ tự quay của nó trùng với chu kỳ quỹ đạo.
Điều đó có nghĩa là thời gian để Mặt trăng quay quanh trục của nó cũng bằng thời gian nó quay quanh Trái đất - khoảng một tháng.
Nhà vật lý thiên văn Madelyn Broome từ Trường Đại học California ở Santa Cruz (Mỹ) cho biết khoảng 4,5 tỷ năm trước, khi Mặt trăng mới hình thành, tốc độ quay của Trái đất nhanh hơn bây giờ đáng kể, độ dài một ngày chỉ khoảng 5 giờ.
Mặt trăng khi đó cũng gần địa cầu hơn bây giờ và hai thiên thể không ngừng tác động lên nhau.
Lực hấp dẫn từ chỗ phình thủy triều của Trái đất ảnh hưởng lên Mặt trăng. Ngược lại, các đại dương dịch chuyển do lực từ Mặt trăng cũng tạo ma sát trên bề mặt Trái đất làm hành tinh của chúng ta quay chậm lại. Kết quả là hiện tại, một ngày trên Trái đất đã dài 24 giờ và Mặt trăng bị "khóa thủy triều" với địa cầu.
Một số tàu vũ trụ đã đến thăm phía sau của Mặt trăng. (Nguồn: NASA).
Khóa thủy triều xảy ra nhờ lực hấp dẫn giữa hai thiên thể. Khi Mặt trăng chuyển động quanh Trái đất, do khoảng cách đủ gần, lực hấp dẫn của nó làm biến dạng Trái đất, kéo dài Trái đất theo hướng của đường nối Trái đất-Mặt trăng và làm chiều vuông góc bị nén lại.
Đây là hiệu ứng gây ra hiện tượng thủy triều trên Trái đất (trên thực tế, phần đất liền cũng chịu sự biến dạng này nhưng với biên độ rất nhỏ nên khó nhận thấy).
Ngược lại, Mặt trăng cũng bị biến dạng do lực hấp dẫn từ Trái đất. Khi Trái đất quay và Mặt trăng chuyển động quanh Trái đất, phần đỉnh của các biến dạng này bị lệch khỏi nhau, nhưng do lực hấp dẫn giữa chúng vẫn lớn hơn giữa các điểm khác trên bề mặt hai thiên thể nên nó có xu hướng kéo cho phần biến dạng tiếp tục hướng về nhau.
Robert Tyler, nhà hải dương học vật lý tại Trung tâm Chuyến bay Không gian Goddard của NASA, cho biết lực hút giữa Mặt trăng và Trái đất làm biến dạng cả hai vật thể và kéo chúng về phía nhau, khiến chúng có hình dạng giống như quả bóng bầu dục Mỹ.
Kết quả của việc này là sự đồng bộ chu kỳ tự quay của Mặt trăng (thiên thể nhỏ hơn) với chu kỳ quỹ đạo của nó quanh Trái đất.
Do chu kỳ tự quay và chu kỳ quỹ đạo trùng nhau nên Mặt trăng luôn chỉ hướng một mặt của nó về phía Trái đất và đây là lý do khiến con người chỉ quan sát được phía này của Mặt trăng mà thôi.
Mặc dù chúng ta sẽ không bao giờ nhìn thấy được phần tối của Mặt trăng trực tiếp từ Trái đất, nhưng tàu vũ trụ đã chụp được ảnh được khu vực này.
Năm 1959, lần đầu tiên tàu vũ trụ Luna 3 của Liên Xô đã chụp được những hình ảnh vùng tối của Mặt trăng. Sau đó, Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô đã xuất bản bản đồ đầu tiên ở nửa này vào năm 1960.
Năm 1968, các phi hành gia của tàu vũ trụ Apollo 8 là những người đầu tiên quan sát trực tiếp vùng này khi họ bay quanh Mặt trăng.
Năm 2019, tàu thăm dò Hằng Nga-4 của Trung Quốc đã hạ cánh thành công xuống mặt sau của Mặt trăng, trở thành tàu thăm dò đầu tiên trong lịch sử loài người hạ cánh thành công ở vùng tối của Mặt trăng.
Những hình ảnh đầu tiên tại vùng tối của Mặt trăng do Hằng Nga-4 gửi về hôm 3/1/2019. (Ảnh: AP).
Hằng Nga-4 đã chụp được những bức ảnh có độ phân giải cao ở vùng tối của Mặt trăng, để lộ góc nhìn mà chúng ta chưa từng thấy trước đây.
Mới đây nhất, vào chiều 3/5, Trung Quốc đã đưa tàu thăm dò Hằng Nga-6 lên khám phá vùng tối của Mặt trăng và thực hiện sứ mệnh lấy mẫu vật từ vùng khu vực này đem về Trái đất.
Đây là lần đầu tiên con người thực hiện sứ mệnh này trong lịch sử thám hiểm Mặt trăng, nhằm tìm hiểu hơn về môi trường và cấu tạo vật chất ở vùng tối của Mặt trăng - nơi con người chưa từng đặt chân đến và có rất ít hiểu biết về khu vực này.