ดวงจันทร์ เป็นดาวบริวารเพียงดวงเดียวของโลก จัดเป็นดาวบริวารขนาดใหญ่ลำดับที่ 5 ในระบบสุริยะ มีระยะห่างจากโลกเฉลี่ยนับจากศูนย์กลางถึงศูนย์กลางประมาณ 384,403 กิโลเมตร เทียบเท่ากับ 30 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของโลก จุดศูนย์กลางมวลร่วมของระบบตั้งอยู่ที่ตำแหน่ง 1700 กิโลเมตรใต้ผิวโลก หรือประมาณ 1 ใน 4 ของรัศมีของโลก ดวงจันทร์โคจรรอบโลกในเวลาประมาณ 27.3 วัน[nb 1] เมื่อเปรียบเทียบการแปรคาบโคจรตามมาตรภูมิศาสตร์ระหว่างโลก-ดวงจันทร์-ดวงอาทิตย์ ทำให้เกิดเป็นเฟสของดวงจันทร์ ซึ่งจะซ้ำรอบทุกๆ ช่วง 29.5 วัน[nb 2] (เรียกว่า คาบไซโนดิก)
เส้นผ่านศูนย์กลางของดวงจันทร์มีค่าประมาณ 3,474 กิโลเมตร หรือประมาณหนึ่งในสี่ของโลก ดังนั้นพื้นผิวของดวงจันทร์มีน้อยกว่า 1 ใน 10 ของพื้นผิวของโลก (ประมาณ 1 ใน 4 ของผืนทวีปของโลกเท่านั้น คิดเป็นขนาดใหญ่ประมาณรัสเซีย แคนาดา กับสหรัฐอเมริกา รวมกัน) มวลรวมของดวงจันทร์คิดเป็นประมาณ 2% ของมวลของโลก และแรงโน้มถ่วงเป็น 17% ของโลก
สัญลักษณ์แทนดวงจันทร์คือ ? ปี พ.ศ. 2512 (ค.ศ. 1969) นีล อาร์มสตรอง และ บัซซ์ อัลดริน นักบินอวกาศขององค์การนาซา เป็นมนุษย์ 2 คนแรกที่เหยียบลงบนพื้นดินของดวงจันทร์ กฎหมายอวกาศถือว่าดวงจันทร์เป็นสมบัติร่วมกันของมนุษยชาติ ตามสนธิสัญญาที่ใช้บังคับกิจกรรมของรัฐบนดวงจันทร์ ดวงดาว และวัตถุอวกาศอื่นๆ ค.ศ. 1979
ดวงจันทร์เป็นดาวบริวารของดาวเคราะห์ แต่มีความแตกต่างจากดวงจันทร์ดวงอื่นๆ ในระบบสุริยะ เพราะเมื่อเราพูดถึง "ดวงจันทร์" ก็จะหมายถึง ดาวบริวารที่โคจรรอบโลกของเรา
คำว่า จันทร์ นั้นเป็นคำศัพท์มาจากภาษาสันสกฤต (????? อ่านว่า จัน-ดระ หรือคนไทยเราเรียกว่า จัน-ทระ) ซึงหมายถึงพระจันทร์ ในภาษาไทยเดิมมักเรียกว่า เดือน หรือ ดวงเดือน (ลาว: ????? เดือน, ไทใหญ่: ????? เหลิน) สำหรับในภาษาอังกฤษ ดวงจันทร์ หรือ Moon (ภาษาอังกฤษใช้อักษรตัวใหญ่ขึ้นต้นคำ) เป็นคำภาษาเจอร์แมนิก ตรงกับคำภาษาลาติน คือ mensis เป็นคำที่แยกออกมาจากรากภาษาอินโด-ยูโรเปียนดั้งเดิม และเป็นตัวแทนของการนับเวลา ซึ่งรำลึกถึงความสำคัญของมัน คือ วันจันทร์ ในภาษาอังกฤษ การเรียกดวงจันทร์มีมาจนถึงปี ค.ศ. 1665 เมื่อมีการค้นพบดาวบริวารดวงใหม่ของดาวเคราะห์ดวงอื่น บางครั้งดวงจันทร์จึงถูกเลี่ยงไปใช้ชื่อในภาษาลาตินของมันแทน คือ luna เพื่อแยกมันออกจากดาวบริวารอื่นๆ
ดวงจันทร์มีการหมุนรอบตัวเองแบบที่เรียกว่า การหมุนสมวาร (synchronous rotation) คือคาบการหมุนรอบตัวเองกับคาบการโคจรรอบโลกมีค่าเท่ากัน โดยดวงจันทร์ใช้เวลาโคจรรอบประมาณ 27.3 วัน เป็นผลให้ดวงจันทร์หันด้านเดียวเข้าหาโลก เรียกด้านที่หันเข้าหาเราว่า "ด้านใกล้" (near side) ส่วนด้านตรงข้าม คือ "ด้านไกล" (far side) เป็นด้านที่เราไม่สามารถมองเห็นได้ อย่างไรก็ตาม ดวงจันทร์มีการแกว่งเล็กน้อย ทำให้เรามีโอกาสมองเห็นพื้นผิวดวงจันทร์ได้มากกว่า 50% อยู่เล็กน้อย ในอดีต ด้านไกลของดวงจันทร์เป็นด้านที่ลึกลับอยู่เสมอ จนกระทั่งถึงยุคที่เราสามารถส่งยานอวกาศออกไปถึงดวงจันทร์ได้ สิ่งหนึ่งที่แตกต่างระหว่างด้านใกล้กับด้านไกล คือ ด้านไกลไม่มีพื้นที่ราบคล้ำที่เรียกว่า "มาเร" (แปลว่าทะเล) กว้างขวางมากเหมือนอย่างด้านใกล้
ดวงจันทร์ใช้เวลาในการหมุนรอบตัวเองที่ได้จังหวะพอดีกับวิถีการโคจรรอบโลก ซึ่งเมื่อเรามองดวงจันทร์จากพื้นโลกจะมองเห็นดวงจันทร์เพียงด้านเดียวตลอดเวลา ในประวัติศาสตร์ยุคแรกของดวงจันทร์ การหมุนของมันช้าและกลายเป็นถูกล็อกอยู่ในลักษณะนี้ เป็นผลมาจากปรากฏการณ์ความฝืด และมีความสัมพันธ์กับปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงบนโลก
เมื่อนานมาแล้ว ขณะที่ดวงจันทร์ยังคงหมุนเร็วกว่าในปัจจุบัน รอบโป่งในปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงมาก่อนแนวโลก-ดวงจันทร์ เพราะว่ามันไม่สามารถดึงรอยโป่งของมันกลับคืนได้อย่างรวดเร็วพอที่จะรักษาระยะของรอยโป่งระหว่างมันกับโลก การหมุนของมันขจัดรอยโป่งนอกเหนือจากแนวโลก-ดวงจันทร์ รอยโป่งที่อยู่นอกเส้นโลก-ดวงจันทร์นี้ทำให้เกิดการบิด ซึ่งลดความเร็วของการหมุนของดวงจันทร์ลง เมื่อการหมุนของดวงจันทร์ช้าลงจนเหมาะสมกับการโคจรรอบโลก เมื่อนั้นรอยโป่งของมันจึงหันหน้าเข้าหาโลกเสมอ รอยโป่งอยู่ในแนวเดียวกับโลก และรอยบิดของมันก็จึงหายไป นี่คือเหตุผลว่าทำไมดวงจันทร์จึงใช้เวลาในการหมุนรอบตัวเองพอๆ กับการโคจรรอบโลก
มีความผันผวนเล็กน้อย (ไลเบรชัน) ในมุมองศาของดวงจันทร์ซึ่งเราได้เห็น เราจึงมองเห็นพื้นผิวของดวงจันทร์ทั้งหมดประมาณ 59% ของพื้นผิวทั้งหมดของดวงจันทร์
ด้านที่มองเห็นจากโลกจะถูกเรียกว่า "ด้านใกล้" และด้านที่อยู่ตรงข้ามเรียกว่า "ด้านไกล" ด้านไกลของดวงจันทร์ต่างจากด้านมืดของดาวพุธคือ ด้านมืดของดาวพุธเป็นด้านที่ไม่ถูกแสงอาทิตย์ส่องเลย แต่ด้านไกลของดวงจันทร์นั้นบางครั้งก็เป็นด้านที่ได้รับแสงอาทิตย์และหันหน้าเข้าหาโลก ด้านไกลของดวงจันทร์ได้ถูกถ่ายรูปโดยยานลูน่า 3 ของโซเวียตในปี 1959 หนึ่งในลักษณะภูมิประเทศที่ทำให้สังเกตได้ว่าเป็นดวงจันทร์ด้านไกลคือมันมีที่ราบคล้ำหรือ "มาเร" น้อยกว่าด้านใกล้มาก
พื้นผิวบนดวงจันทร์ที่มองด้วยตาเปล่าเห็นเป็นสีคล้ำ คือที่ราบบนดวงจันทร์หรือเรียกว่า "ทะเล" บนดวงจันทร์ (ภาษาอังกฤษเรียกว่า "มาเรีย" หรือ "มาเร" มาจากศัพท์ภาษาละติน หมายถึง ทะเล) ทั้งนี้เนื่องจากนักดาราศาสตร์ยุคแรกๆ เชื่อว่าพื้นผิวสีคล้ำเหล่านั้นเป็นพื้นน้ำ แต่ปัจจุบันทราบกันแล้วว่าเป็นแอ่งที่ราบกว้างใหญ่เกิดจากลาวาในยุคโบราณ ลาวาที่ระเบิดพวยพุ่งเหล่านี้ไหลเข้าไปในหลุมที่เกิดจากการปะทะของอุกกาบาตหรือดาวหางที่พุ่งเข้าชนดวงจันทร์ (ยกเว้น โอเชียนัส โพรเซลลารัม ซึ่งบนด้านไกลของดวงจันทร์ เป็นแอ่งที่มิได้เกิดจากการปะทะใดๆ เท่าที่รู้จัก) เราพบทะเลบนดวงจันทร์มากบนด้านใกล้ของดวงจันทร์ ส่วนทางด้านไกลมีอยู่ประปรายเพียงประมาณ 2% ของพื้นที่ผิวทั้งหมดเท่านั้น ขณะที่ทางด้านใกล้มีทะเลถึงประมาณ 31% ของพื้นที่ผิว คำอธิบายที่เป็นไปได้มากที่สุดคือการที่บรรยากาศด้านใกล้ของดวงจันทร์มีแหล่งกำเนิดความร้อนมากกว่า ซึ่งพบได้จากแผนที่ภูมิเคมีที่สร้างขึ้นจากสเปกโตรมิเตอร์รังสีแกมมาของ ลูนาร์โปรสเปกเตอร์
บริเวณที่มีสีอ่อนกว่าบนพื้นผิวดวงจันทร์นั้นเรียกว่า "ภูเขา" (terrae) หรือบางครั้งก็เรียกง่ายๆ เพียงว่า "ที่ราบสูง" เพราะมันเป็นบริเวณที่มีความสูงมากกว่าส่วนที่เป็นทะเล มีแนวเทือกเขาที่โดดเด่นอยู่มากมายบนด้านใกล้ของดวงจันทร์ตามแนวขอบของแอ่งปะทะขนาดใหญ่ซึ่งเต็มไปด้วยหินบะซอลต์ สันนิษฐานว่านี่เป็นซากที่หลงเหลืออยู่ของขอบนอกของแอ่งปะทะ ไม่มีเทือกเขาใดของดวงจันทร์ที่เชื่อว่าเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของพื้นผิวดาวเหมือนอย่างการเกิดของภูเขาบนโลกเลย
จากภาพที่ถ่ายไว้โดยปฏิบัติการคลีเมนไทน์ (Clementine mission) เมื่อปี ค.ศ. 1994 ทำให้พบว่าบริเวณเทือกเขา 4 แห่งตามขอบของแอ่งเพียรี (Peary crater) ซึ่งกว้าง 73 กิโลเมตร ใกล้ขั้วเหนือของดวงจันทร์ น่าจะถูกแสงอาทิตย์ตลอดช่วงวันอันยาวนานบนดวงจันทร์ เหตุที่ยอดเขาแห่งแสงนิรันดร์ (Peak of Eternal Light) นี้ถูกแสงอาทิตย์ตลอดเวลาน่าจะเป็นไปได้เพราะดวงจันทร์มีความเอียงของแกนเมื่อเทียบกับระนาบสุริยวิถีน้อยมาก ไม่พบว่ามีบริเวณที่ต้องแสงอย่างนิรันดร์ลักษณะเดียวกันนี้ที่บริเวณขั้วใต้ของดาว แม้ว่าจะมีบริเวณขอบของแอ่งแชคเคิลตัน (Shackleton crater) ที่สะท้อนแสงราว 80% ของวันของดวงจันทร์ ผลสืบเนื่องอีกประการหนึ่งจากการที่แกนเอียงของดวงจันทร์มีค่าน้อยมาก คือมีย่านที่อยู่ในเขตมืดนิรันดร์ที่บริเวณก้นแอ่งมากมายใกล้ขั้วดาว
พื้นผิวของดวงจันทร์สามารถสังเกตตำแหน่งได้โดยดูจากแอ่งปะทะ ซึ่งเกิดขึ้นจากการที่อุกกาบาตและดาวหางพุ่งเข้าชนพื้นผิวของดวงจันทร์ มีแอ่งอยู่เป็นจำนวนราวครึ่งล้านแห่งที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า 1 กิโลเมตร เนื่องจากลักษณะของแอ่งปะทะเกิดขึ้นในอัตราเกือบคงที่ จำนวนแอ่งต่อหน่วยพื้นที่จึงสามารถใช้ในการประมาณอายุของพื้นผิวได้ โดยที่ดวงจันทร์ไม่มีชั้นบรรยากาศ ไม่มีอากาศและกระบวนการทางธรณีวิทยา จึงมั่นใจได้ว่าแอ่งเหล่านี้ดำรงคงอยู่ในลักษณะดั้งเดิมไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเทียบกับแอ่งบนโลก
แอ่งที่ใหญ่ที่สุดบนดวงจันทร์ และอาจจัดว่าเป็นแอ่งปะทะที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่รู้จักกันในระบบสุริยะ คือ แอ่งแอตเคนขั้วใต้ (South Pole-Aitken basin) แอ่งนี้อยู่ทางฝั่งด้านไกลของดวงจันทร์ ระหว่างขั้วใต้ของดาวกับแนวศูนย์สูตร มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางราว 2,240 กิโลเมตร ลึก 13 กิโลเมตร. สำหรับแอ่งปะทะที่โดดเด่นทางฝั่งด้านใกล้ของดวงจันทร์ ได้แก่ ทะเลอิมเบรียม ทะเลเซเรนิเททิส ทะเลคริเซียม และทะเลเนคทาริส
วันที่ 9 ตุลาคม 2009 ครบ 100 วันการส่ง LCROSS ไปโคจรรอบดวงจันทร์ ทางนาซ่าก็ยิงจรวจที่ติดดั้งอยู่บนดาวเทียมพร้อมกับปล่อยให้ตัว ดาวเทียมตกกระทบพื้นดวงจันทร์ นาซ่าก็แถลงผลวิคราะห์ข้อมูลจากเซ็นเซอร์บนดาวเทียมว่า ฝุ่นที่กระจายขึ้นมานั้นมีน้ำประมาณ 90 ลิตร
การยืนยันนี้ได้มาจากเซ็นเซอร์ NIR (Near Infrared) โดยอาศัยการวัดค่า spectrum ของแสงก่อนการชน และหลังการชน เพื่อเทียบสัดส่วนของพลังงานในย่านต่างๆ พบว่าย่าน 300nm นั้นมีพลังงานสูงขึ้นมาเป็นการยืนยันว่ามี hydroxyl อยู่ในฝุ่นที่ลอยขึ้นมานั้น
ก่อนหน้านี้ข้อมูลจากกล้องฮับเบิลเคยแสดงข้อมูลเบื้องต้นว่าอาจจะมีไฮดรอกซิลในฝุ่นที่ลอยขึ้นมา แต่ช่วงเวลาที่แถลงข่าวนั้นยังไม่มีการยืนยัน
สำหรับการสังเกตการพวยฝุ่นที่ทางนาซ่าคาดว่าน่าจะใช้อุปกรณ์สมัครเล่นทำ ได้นั้นกลับไม่สามารถทำได้เนื่องจากสภาพอากาศ แต่ทางนาซ่าก็ได้ถ่ายภาพไว้แล้ว
ดวงจันทร์เป็นดาวเคราะห์ที่ประกอบด้วยองค์ประกอบอันหลากหลาย ที่มีความแตกต่างทางเคมีภูมิวิทยาอย่างชัดเจนระหว่างส่วนของพื้นผิว ส่วนของเปลือก และส่วนของแกน เชื่อว่าลักษณะทางโครงสร้างเช่นนี้เป็นผลมาจากการก่อตัวขึ้นเป็นส่วนๆ จากทะเลแมกม่าที่เกิดขึ้นหลังจากการกำเนิดดาวเคราะห์ไม่นานนัก คือราว 4.5 พันล้านปีที่แล้ว พลังงานที่ใช้ในการหลอมเหลวผิวชั้นนอกของดวงจันทร์เชื่อว่าเกิดจากการปะทะครั้งใหญ่ ซึ่งให้เกิดระบบการโคจรระหว่างโลกกับดวงจันทร์ขึ้น
ในยุคแรก ๆ คาดเดากันว่าดวงจันทร์เคยเป็นส่วนหนึ่งของเปลือกโลก แต่เปลือกโลกส่วนนั้นได้กระเด็นออกไปโดยมีสาเหตุจากแรงหนีศูนย์กลาง ทิ้งร่องรอยเป็นแอ่งของมหาสมุทรขนาดใหญ่บนโลก อย่างไรก็ตามแนวคิดนี้ไม่น่าจะเป็นไปได้ เพราะโลกจะต้องหมุนรอบตัวเองเร็วมาก บางคนบอกว่าดวงจันทร์อาจก่อตัวขึ้นที่อื่น แต่พลัดหลงมาอยู่ใกล้โลกจึงถูกโลกจับไว้เป็นดาวบริวาร
บางคนเสนอว่า โลกและดวงจันทร์อาจเกิดขึ้นมาพร้อม ๆ กันขณะที่ระบบสุริยะก่อตัว แต่ทฤษฎีนี้ไม่สามารถอธิบายได้ว่าเหล็กในดวงจันทร์พร่องไปไหน อีกทฤษฎีหนึ่งกล่าวว่า ดวงจันทร์อาจก่อตัวจากการสะสมหลอมรวมของดาวเคราะห์น้อยขนาดเล็ก
ทฤษฎีที่ยอมรับกันมากที่สุดในปัจจุบัน คือ ทฤษฎีการชนครั้งใหญ่ กล่าวว่ามีวัตถุขนาดดาวอังคารโคจรมาชนโลก ในช่วงที่โลกกำลังก่อตัวขึ้นใหม่ ๆ ทำให้เนื้อโลกบางส่วนที่ยังร้อนอยู่กระเด็นออกไป และรวมตัวกันเป็นดวงจันทร์
แรงไทดัลทำให้ดวงจันทร์มีรูปร่างเป็นทรงรีอยู่เล็กน้อย โดยมีแกนหลัก (แกนด้านยาว) ของวงรีชี้มายังโลก
เกิดจากแรงดึงดูดตามกฎแรงดึงดูดระหว่างของนิวตันที่กล่าวไว้ว่า "วัตถุทุกชนิดในเอกภพ จะส่งแรงดึงดูดระหว่างกัน โดยขนาดของแรงดึงดูด จะแปรผันตรงกับผลคูณของมวลทั้งสอง และแปรผกผันกับระยะห่างระหว่างมวลยกกำลังสอง" ดังนั้นเมื่อพิจารณาโลกแล้วพบว่าโลกได้รับแรงดึงดูดจากดาวสองดวง คือ ดวงอาทิตย์ที่แม้อยู่ไกลแต่มีขนาดใหญ่ และดวงจันทร์ที่แม้ขนาดเล็กแต่อยู่ใกล้ โดยแต่ละตำแหน่งที่ดวงจันทร์เคลื่อนที่เปลี่ยนไปทำให้ทิศทางของแรงกระทำเปลี่ยนด้วย ส่งผลให้ของไหล(น้ำและแก๊ส)บนโลก
จันทรุปราคา เกิดจากการที่ดวงอาทิตย์ โลก และดวงจันทร์ เรียงตัวในแนวเดียวกันตามลำดับ ทำให้เงาของโลก บดบังแสงอาทิตย์ที่จะส่องมายังดวงจันทร์ และทำให้ดวงจันทร์ค่อยๆหายไปทั้งหมด หรือบางส่วน ก่อนจะกลับมาปรากฏใหม่อีกครั้ง ซึ่งจันทรุปราคาที่ดวงจันทร์จะหายไปทั้งหมดเรียกว่า จันทรุปราคาเต็มดวง จันทรุปราคาที่ดวงจันทร์จะหายไปบางส่วนเรียกว่า จันทรุปราคาบางส่วน
ชาวตะวันตกมีเทพนิยายกรีก ที่มี อาเทมีส (Artemis) และ เซเรเน่ เทพีแห่งดวงจันทร์ และชาวโรมันมี เทพีไดอาน่า เป็นเทพีแห่งดวงจันทร์เช่นกัน ส่วนทางตะวันออกเช่น จีน มีเทพธิดาฉางเอ๋อ เป็นเทพธิดาแห่งดวงจันทร์ ในโหราศาสตร์ไทยมี พระจันทร์ เป็นเทวดาประจำวันจันทร์ และชาวญี่ปุ่น มีการมองดวงจันทร์ว่ามีกระต่ายตำข้าวอยู่บนดวงจันทร์
ถึงแม้ว่าธงจำนวนมากของสหภาพโซเวียตจะถูกโปรยโดยยานลูน่า 2 ในปี 1959 และภายหลังภารกิจลงจอด และธงชาติสหรัฐอเมริกาก็ถูกปักไว้เป็นสัญลักษณ์บนดวงจันทร์ ไม่มีชาติใดได้ครอบครองความเป็นเจ้าของของส่วนใดส่วนหนึ่งของพื้นผิวดวงจันทร์เลย โซเวียตและสหรัฐต่างก็อยู่ร่วมกันในสนธิสัญญาอวกาศนอก ซึ่งให้ดวงจันทร์อยู่ภายใต้วงอำนาจเดียวกันกับเขตน่านน้ำสากล (สาธารณสมบัติ) สนธิสัญญานี้ยังจำกัดให้มีการใช้ดวงจันทร์เพื่อจุดประสงค์แห่งสันติภาพ ซึ่งแน่นอนว่าจะเป็นการห้ามการติดตั้งทหารและอาวุธอำนาจทำลายล้างสูงอีกด้วย (รวมไปถึงอาวุธนิวเคลียร์)
สนธิสัญญาฉบับที่ 2 สนธิสัญญาดวงจันทร์ มีจุดประสงค์เพื่อจำกัดการสำรวจทรัพยากรธรรมชาติบนดวงจันทร์โดยชาติเพียงชาติเดียว แต่ก็ยังไม่มีชาติใดในกลุ่ม Space-faring nations เซ็นสนธิสัญญานี้เลย เอกชนหลายๆ แห่งได้ทำการครอบครองดวงจันทร์ทั้งหมดหรือส่วนใดส่วนหนึ่ง แม้ว่าจะไม่มีผู้ใดจะพิจารณาความน่าเชื่อถือก็ตาม
