La Luna es el único satélite natural de la Tierra. Es el satélite más grande en proporción al tamaño del cuerpo que orbita (su primario) y, tras el satélite de Júpiter Io, es el segundo satélite más denso de los satélites de los que se conoce.
La Luna se encuentra en rotación síncrona con la Tierra: por ello, siempre le muestra la misma cara. Su cara visible está marcada por los oscuros mares volcánicos que rellenan los valles entre los brillantes mesetas de la corteza y los prominentes cráteres de impacto. Es el objeto más luminoso del cielo después del Sol. Aunque aparece como un cuerpo de un blanco muy brillante, su superficie es oscura y de una reflectancia tan sólo un poco superior a la del asfalto. Su prominencia en el cielo y su ciclo regular de fases la han convertido, desde la antigüedad, en una importante influencia cultural sobre el lenguaje, el calendario, el arte y la mitología. La influencia gravitatoria de la Luna produce las mareas oceánicas y el pequeño alargamiento del día. La distancia orbital actual del satélite es de unas treinta veces el diámetro terrestre, lo que le confiere un tamaño aparente en el cielo aproximadamente igual que la del Sol; este hecho le permite cubrir el Sol casi en su totalidad de manera precisa durante un eclipse solar. La distancia lineal de la Tierra a la Luna aumenta en la actualidad a un ritmo de 3,82 ± 0,07 cm por año.
Se cree que la Luna se formó hace unos 4.500 millones de años, no mucho más tarde que la Tierra. Aunque se han propuesto muchas hipótesis en cuanto a su origen, la teoría más aceptada en la actualidad es que la Luna es un producto de los restos de un impacto gigantesco entre la Tierra y un cuerpo del tamaño de Marte.
La Luna es el único cuerpo celeste, aparte de la Tierra, que los humanos han pisado. El Programa Luna de la Unión Soviética fue el primero en llegar a la Luna con una nave espacial no tripulada en 1959. Por otra parte, el Programa Apollo de la NASA de los Estados Unidos ha sido el único que ha conseguido llevarlo hay misiones tripuladas, empezando por el Apollo 8 en 1968 y continuando con seis aterrizajes tripulados entre 1969 y 1972. Estas misiones regresaron con más de 380 kg de rocas lunares, que han sido utilizadas para comprender mejor el origen del satélite, la formación de su estructura interna y su historia subsecuente.
Después de la misión Apollo 17 del 1972, la Luna sólo ha sido visitada por naves no tripuladas, la mayoría de las cuales han sido misiones orbitales. Desde 2004, Japón, China, India, Estados Unidos y la Agencia Espacial Europea han enviado naves en órbita lunar que han contribuido a confirmar el descubrimiento de hielo lunar en cráteres permanentemente a la sombra en los polos. La era post-Apollo también ha visto dos misiones con astromovils: la misión soviética final Lunokhod de 1973 y la misión china Chang’e 3 aún en marcha, la cual desplegó su astromovil Yutu el 14 de diciembre de 2013.
Se han planeado futuras misiones tripuladas a la Luna, financiadas tanto por gobiernos como por fondos privados. La Luna permanece, gracias al amparo del tratado del espacio exterior, un lugar libre de exploración para todas las naciones para propósitos pacífico.
Evolución de la Luna
Se han propuesto muchos mecanismos mediante los cuales se podría haber formado la Luna hace 4.527 ± 10 millones de años, unos 30-50 millones de años después del origen del sistema solar. Unas investigaciones recientes indican una edad algo más joven, de entre 4.400 y 4.450 millones de años. Estos mecanismos incluyeron la escisión de la Luna de la corteza terrestre debido a la fuerza centrífuga, la captura gravitacional de una Luna formada previamente y la formación simultánea de la Tierra y la Luna en el disco de acreción primordial. Estas hipótesis tampoco son capaces de explicar el alto momento angular del sistema Tierra-Luna.
La hipótesis que prevalece en la actualidad es que el sistema Tierra-Luna se formó como resultado de un impacto gigante en el que un cuerpo del tamaño de Marte (llamado Teia) colisiona con la recién formada proto-Tierra, enviando material en órbita a su alrededor que se fue acumulando para acabar formando la Luna. Esta hipótesis es quizás la que mejor explica las evidencias que se conocen hasta ahora, aunque no lo hace del todo perfectamente. Dieciocho meses antes de un congreso de 1984 sobre el origen lunar, Bill Hartmann, Roger Phillips y Jeff Taylor retaron sus colegas científicos: «tienen dieciocho meses. Vuelva a sus datos del Apollo, vuelva a su ordenador, haga lo que haya que hacer, pero decide sesión. No vengáis a nuestro congreso excepto que tenga algo que decir sobre el nacimiento de la Luna ». En este congreso del 1984 en Kona (Hawai, Estados Unidos), la hipótesis del gran impacto emergió como la más popular. «Antes del congreso, había partidarios de las tres teorías ‘tradicionales’ junto con algunas pocas personas que comenzaban a tomarse el impacto gigante en serio, y había un enorme volumen de gente en medio de estas dos posiciones que no creía que el debate fuera nunca resuelto. Después [del congreso], había sólo dos grupos: los del gran impacto y los agnósticos ».
Se cree que los impactos gigantes habrían sido normales durante los inicios del sistema solar. Las simulaciones por ordenador que modelan este tipo de impactos son congruentes con las medidas del momento angular del sistema Tierra-Luna y el pequeño tamaño del núcleo lunar. Estas simulaciones también muestran que la mayoría de la Luna se formó a partir del cuerpo que impactó y no a partir de la proto-Tierra. Sin embargo, algunos estudios más recientes sugieren que más parte de la Luna proviene de la Tierra y no del cuerpo que impactó. Los meteoritos demuestran que otros cuerpos del sistema solar interior, tales como Marte y Vesta, tienen composiciones isotópicas de oxígeno y de tungsteno muy diferentes a las terrestres, mientras que la Tierra y la Luna las tienen casi idénticas. La mezcla postimpacte del material vaporizado entre la formación de la Tierra y la Luna podría haber igualado sus composiciones isotópicas, aunque esto todavía queda bajo debate.
La gran cantidad de energía liberada durante el gran impacto y la reaccón subsiguiente de material a la órbita terrestre debería fuera la capa más externa de la Tierra, formando un océano de magma. La recién formada Luna también debería tenido su propio océano de magma lunar; las estimaciones en cuanto a su rango de profundidad van desde los 500 km hasta el radio entero de la Luna.