月球的公转
月球每天东升西落的周日视运动是地球自转的反应。月球本身还在恒星间自西向东运动，这种运动是月球围绕地球公转的反应。如果在几小时内连续观察月球相对于某一亮星的相对位置，就会觉察出月球不断地向东移动：每小时大约移动半度，每天移动13°。经过27．3217天，即27日7时43分12秒，月球运行一周又回到恒星间的同一位置。月球从恒星间某点再回到同一点所需的时间间隔叫作恒星月。
月球实际上是在围绕地球一月球系统的公共重心运动。由于月球质量为地球质量的1／81．3，地一月系统的公共重心在地球内部距地心4．671千米，月球围绕地一月系统公共重心的运动和围绕地心运动相差很小，所以，可以说月球在围绕地球公转。公转的轨道为椭圆形，椭圆的偏心率为0．055。月球轨道上离地球最近的一点叫近地点，最远的一点叫远地点，联结这两点的直线叫月亮轨道的拱线。月球椭圆轨道半长轴的距离为384400千米，近地点距离为363000千米，远地点距离为405500千米。
月球围绕地球公转，地球又围绕太阳公转，月球相对太阳的运动是上述两种运动的合成。
月球绕地球公转轨道面和黄道面（地球围绕太阳公转的轨道面）相交成一个很小的角度（在4°58′～5°20′之间，平均5°09′，）。月球轨道在地球上的投影是一大圆，叫作白道，它与黄道的交角（平均为5°09′）叫黄白交角。白道和黄道有两个交点，月球从黄道以南进入黄道以北通过的交点叫升交点；月球从黄道以北进入黄道以南经过的交点叫降交点。
由于太阳的引力作用，月球的轨道不断在变化，白道和黄道的交点不断地沿黄道向西（和月球公转方向相反）移动，每年约19．4°。经过18．6年，交点沿黄道运行一周，所以月球每次公转都沿着新的途径。此外，月球轨道的偏心率、月球轨道拱线也在变化。月球在轨道上各点还有大小不同的加速度和减速度。所以，月球的运动是非常复杂的。
月球的位相变化
月球的不同形状叫作月球的位相。月球位相的变化是由于月球本身不发光，靠反射太阳光和月球围绕地球公转所造成的。月球绕地球公转时，它和地球、太阳的相对位置时刻在变化，月球被太阳光照亮的半面以不同的角度对着地球。从地球上看去，月球的形状就发生了圆缺变化。
当月球走到太阳和地球之间，从地球看去，太阳、月球在同一方向，月球的黑暗的一面朝向地球，这时月球完全看不见，叫作朔。朔发生在阴阳历的每月初一，经过2天后，月球向东移动了25°，从地球上可以看到月球被照亮半球的一小部分，这时月球呈现为月牙形，月牙的凸面向右，朝向太阳。在朔日后一周，月球向东移动了1／4周，月球被照亮的半面侧对着地球，即以亮半球的一半和暗半球的一半对着我们。这时可以看到月球圆面的半个月面，月球圆面的右半面是明亮的，这种月相叫作上弦，发生在阴阳历的每月初七、初八。在这以后，月球继续向东运行，我们可以看见月球亮面的大部分；上弦之后一周，即阴阳历每月的十五、十六，月球运行到太阳方向相反的位置，月球亮面整个地朝向地球，我们就会看到圆圆的满月，叫作望。望之后，满月开始从右面亏，每天看见月球亮面的部分逐渐减小。在满月后一周，到了下弦，（阴阳历每月的二十二、二十三），月球又以亮半球的一半和暗半球的一半对着我们，但和上弦月相反，我们看见月球圆面的左半面是明亮的。下弦之后，月球明亮部分继续亏，月球又成月牙形，月牙凸面向左朝向太阳（残月）；最后，月球又运行到朔的位置，再次看不见月球。朔之后，日没不久，月牙就出现在西方地平线附近。日期愈往后，月球离太阳愈远，日没不久，月球出现在天空的西南方；上弦那一天，日没时，上弦月出现在正南，子夜月球才下没，前半夜可以看见月球；上弦之后，月球下没时间越来越迟，前半夜以后的大半个夜晚可以看见月球；到了望日，日没时，月球升起，天亮时下没，整个夜晚都可看到月球；下弦月，子夜时才升起，后半夜才能看到月球。以后，月球升起的时间越来越晚，残月则在日出前才升起，黎明时月球出现在东地平附近。
月相变化周期，即从朔（望）到朔（望）的时间间隔叫作朔望月。朔望月比恒星月长，平均为29．5306天，即29日12时44分3秒。为什么朔望月比恒星月要长2．21天呢？
左图中画出了月球、地球和太阳的相对位置变化。1为满月时的位置，月球围绕地球公转一周，即经过一个恒星月27．32天后，月球又回到原来在恒星间的位置，但这时地球运行到了位置2，满月的位置还需经过2．79天才能来到；地球移到位置3时，下一次满月才会发生，因此朔望月比恒星月要长。恒星月的长度T和朔望月的长度S之间的关系，由会合运动方程决定，E为地球围绕太阳公转的周期（恒星年），为365．2564日。
1／S＝1／T＝1／E
月球的自转和天平动
我们看月球，月面总是呈现出同样的外貌。即是说，月球在围绕地球公转时，总是以同一面对着地球，这种现象的产生说明月球有自转运动，自转方向与周期和地球公转的方向与周期是相同的。如下图所示，当月球在位置1（左）时，月面中心A点正对地球；当月球公转1／4周来到位置2（上）时，月球也自转了1／4周，使月面中心A朝向地球。同样，当月球公转2／4周、3／4周、4／4周，月球也恰好自转了2／4周、3／4周、4／4周，总使A点朝向地球。如果月球没有自转（如圆圈外的月球所示），那么在一个公转周期内，对着地球的将依次是月面上的A、B、C、D各点，即依次可以看到月球的整个表面。由于月球自转周期和地球公转周期相等，所以从地球上只能看到朝向地球的半个月面，无法看到月球背面。
在月球上，一昼夜大约等于一个月。为什么月球的自转周期这么长呢？这是由于地球对月球的引潮力长期作用的结果。地球的引潮力使月球向着地球的方向上隆起（潮汐），当月球自转时，月球隆起部分受到地球的引力，仍然保持朝向地球，这种转动方向和月球自转方向相反，这种作用叫潮汐摩擦。潮汐摩擦力在很长时期内不断作用着，逐渐使月球的自转变慢，直到隆起部分永远朝向地球，这时月球的自转周期等于月球的公转周期。
月球在围绕地球公转过程中，朝向我们的月面呈现出一种左右、上下的摆动，这种运动叫作天平动。由于天平动现象的存在，使我们能够看到月球背面的一小部分。月球的自转是均匀的，但公转运动却不是均匀的，在近地点运动快，在远地点运动慢。月球公转速度的这种变化就会使地球上的观察者有时看见月面西边缘之外的一小部分，有时能看见月面东边缘之外的一小部分（经度天平动）。月球的自转轴不和公转轨道面垂直，而是成83°21′，的倾角。在月球公转过程中，月球自转轴的北端和南端会轮流朝向地球，这也会使地球上的观察者有时能看到月球北极之外的一小部分，有时又能看到月球南极之外的一小部分（纬度天平动）。由于天平动的现象，使我们看到的月面不只是一半，而是整个月面的59％，即整个月面的3／5。
明月几时有
在地球上看来，月亮的形状经常在变化，它圆而又缺，缺了又圆；时而弯月斜挂，时而银盘高悬；有时是半个夜晚的弦月，有时整夜都看不见它。
“明月几时有，把酒问青天，不知天上宫阙，今夕是何年？”苏轼在《水调歌头》中提出了一个令人感兴趣的问题：月亮何时开始存在？月亮的圆缺变化怎样？
月亮的圆缺变化叫做“月相盈亏”。这种现象是怎样产生的呢？
原来，地球和月亮是一个天体系统，叫做地月系。一般把地月系的运动说成是月亮绕地球的旋转。月亮的公转轨道是个椭圆，比地球公转轨道扁得多，因此也有近地点和远地点的区分。月亮公转轨道平面和地球公转轨道平面不在一个平面上。月亮有公转，也有自转，周期相同。这样，月亮总是以相同的半个月面对着地球，而另外半个月面始终背藏着，不肯露面。月亮的一天长达一个月，白天和黑夜各两个星期。
“飞镜无根谁系？”在地球与月亮间确有一条无形的绳子系着。万有引力说，高速运行产生的惯性，推着月亮离开地球；另一种地球的引力拉着它不放。
月亮在绕地球旋转的时候，它和太阳、地球的相对位置不断变化着。当月亮转到地球和太阳中间，这时候月亮朝向地球的一面照不到太阳光，人们整夜看不见它，这就叫朔。
以后月亮转到了另一个位置，被照亮的部分渐渐面向地球，它的边缘部分看起来像弯弯的月牙或蛾眉，叫蛾眉月。再过几天，月牙逐渐“胖”起来，变成半圆形的月亮，像一面弓，这就是上弦月。再变成凸月。
这以后，月亮渐渐转到太阳相对的一面去，它向着地球的半面，受光面积越变越大。当地球处在月亮和太阳间的时候，月亮的受光部分完全面向地球，人们看到的是一个滚圆的月亮。这就是满月，又叫望。
“云何渐渐如钩？”圆月照耀的时间不过一两天，月亮的位置继续移动，它面向地球的受光部分慢慢变小，先变成凸月，又变成半圆形的月亮，这就是下弦月。
这以后，月亮逐渐“瘦”下去，又变成弯弯的蛾眉月。过一两天，月亮又完全看不见了。
在新月初现或残月将逝的时候，常常可以看到弯弯的蛾眉月里嵌着一个淡灰色的球，正好凑成一个圆球。这种有趣的天象叫“新月抱旧月”。
这是容易理解的。蛾眉月是被太阳照亮的部分，那灰色的旧月，是月亮的隐没部分，月亮上的黑夜地方。月亮会照亮地球，地球的反射光也会照亮月亮，使月亮的隐没部分发出微弱的“灰光”。奇妙的是，灰光还会变幻哩。它时而浅蓝色，时而浅黄色，这是地球上的海洋和陆地面对着月亮，不时变换的结果。
怎样区分新月和残月呢？原来，新月的凸出发光的一面，在观察者看来，总是朝向右方；而残月凸出发光的一面，在观察者看来，总是朝向左方。黄昏出现在西方天边的是新月，清晨出现在东方天边的是残月。有首民谚说明了这种关系：“初三新月少见人，上弦月亮白天跟，月半十六两头红（指太阳西落，月亮同时东升），下弦月来半夜灯。”这只适用于北半球北部和中部的地区。在南半球，正好相反。北半球判别新月的根据，正是南半球判别残月的根据。
“一年明月哪天明？”人们常说：“月到中秋分外明”。其实，中秋晚上的月亮也不一定最圆、最大、最亮。中秋月最圆时往往是8月16或17日；当中秋月距地球最远、又逢闰月时，13个“满月”，数它最小。而一年之中，以“冬至”前后的满月为最亮，因为那时月光离地平线最高，是头顶月。
那么，为什么中秋月受人喜爱呢？原来，中秋节前后，月亮每晚升得早，昼夜均匀，天高云淡，气温适中，月色更显得晶莹美丽。天上月圆象征着人间团圆，中秋成了民间的团圆节。而远方的亲人就把思亲之情寄托于光洒万里的明月。
月亮有多亮
月球本身并不发光，它将照在它面上的部分太阳光反射了出来，才显得明亮。月亮看起来有多亮，首先跟它离太阳和地球有多远密切相关；其次与月龄有关，也就是说与月亮亮面的大小有关；再就是与它的反照率有关，不过，这是个不变因素。月亮的平均亮度是太阳的1／46．5万，变化的范围则是从1／37．5万到1／63万。如果把明亮的月亮圆面集中到一点来说，与最亮的1等星相比，它的亮度的星等是－12．7等，即比1等星亮好几万倍。
月球的反照率很低，平均只有7％，说用它并不是一个良好的反光体，其余的93％都被月球吸收了。月面各部分的反照率世不尽相同，月海的反照率较低，约为6％，高地和环形山的反照率要高得多，可达到17％左右，看起来高地和环形山比月海亮得多，就是这个道理。月亮给地面的照度，大体上相当于1个100瓦的灯泡在距离21米的地方所照亮的程度。
新月怀抱旧月
在观察月亮的时候，你有没有注意到这样一种有趣的现象呢？
每逢农历初三、初四的时侯，月亮本应只是弯弯的，有人说它像是一把镰刀，可是，你仔细看的话，会很容易发现，月亮的其余部分并不是一点亮光都没有，而是隐隐约约、朦朦胧胧，可以大致看到一些月亮表面的情况。这种现象被戏称为“旧月亮躺在新月亮的怀抱里”，天文学中的名称应该是“灰光”。
灰光是由于地球把一部分太阳光反射到了月亮面上形成的。我们在地球上看到月亮的圆缺变化时，一位在月亮上的观测者会看到地球也有类似的圆缺变化。两者的变化顺序完全一样，所不同的是，变化的顺序在时间上相差半个来月。对地球上的观测者来说是月亮“望”的时侯，对月亮上的观测者来说则是地球“朔”的时候。反过来也一样，地球上是月朔，看不到月亮；在月亮上则是地球在“望”的位置，是“满地”。
在月球上看到的地球圆面，是在地球上看到的月亮面积的14倍，地球的反照率则是月亮的5倍左右。月亮天空中是个圆圆的、比地球天空中的月亮还亮好几十倍的大地球，自然会把月亮的剩余部分照亮了。灰光的色调每次并不都一样，这跟反射面的性质有关：主要由陆地的反射光造成的灰光，一般略带土般的颜色；如果反射面的大部分是海洋，灰光可能略呈浅蓝颜色。
当从地球上看到月亮的亮面越来越大时，从月亮上看到的地球亮面就越来越小，也就是农历初三、初四后一二天，灰光很快就消失了。每个农历月的月初和月末的最后几天，是观察灰光的有利时机，你不妨找个机会观察观察。
排山倒海钱塘潮
生活在大海边的人都知道，海水每天涨落两次。自天高涨时称为“潮”，晚上出现的称为“汐”。退潮时，海水一泻千里，沙滩毕露；来潮时，白浪滚滚，惊涛拍岸，十分壮观。唐代大诗人白居易曾为此赋诗：
“白浪茫茫与海连，平沙浩浩四无边；
暮去朝来淘不住，遂令东海变桑田。”