经过长期的观察，人们发现月亮会自转，而自转的周期刚刚好跟他绕着地球转的周期是一样的。所以不管月球跑到哪里，人们在地球上看到的月亮都是同一面。人们还注意到，月球的大小跟太阳看起来是一样大的。后来天文学家发现，太阳距离地球的距离刚刚好是月球距离地球的395倍，而太阳的直径也刚刚好是月球的395倍，所以在地面上看到的月亮就恰好跟太阳一样大。
科学家们发现，月球是一个异乎寻常的天体，它比自然天体的卫星大得多。请看下列数据，地球直径12756公里，月球的直径3467公里，为地球直径的27%。火星直径6787公里，有两个卫星，大的一个直径23公里，是火星的0.34%。木星直径14.28万公里，有13个卫星，最大的一个直径5000公里，是木星的3.5%。
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土星直径12万公里，有23个卫星，最大的一个直径4500公里，是土星的3.75%。其他行星的卫星，直径都没有超过母星的5%，但是月球却达到27%，这表明月球不是一般的天体。
而且，月球不是绕地球旋转，而是伴着地球对转。其反常轴向自旋，速度非常之快，远远快于大孝距离与其类似的行星所应有的速度。一般天然卫星的轨道都是椭圆的，而月球轨道却是圆形的，根据常识，只有人造地球卫星的轨道是圆的。月亮与同样大小的行星相比，密度要小得多。预示它不同于其他行星，它内部可能是空的。
地球对月球的引力远远小于太阳对月球的引力，但月球却没有被太阳吸引过去而仍留在地球的轨道上。如果月球是一颗宇宙中的天然星体，那么它一进入太阳系就会被个大无比的木星吸引过去而不会跑到地球身边。所以，很难想象月球是在宇宙中自然形成的。
地球属于类地行星，而类地行星除地球外，其他的都无卫星。也就是说月球不是地球的卫星，它更象人造天体。
这些令人惊异的巧合使得天文学家开始思考一个问题，月球是天然形成的吗？
登陆月球后的新发现
比地球岩石更古老的月岩
阿波罗号宇宙飞船1969年登陆月球后，科学家不再只能远远望着月球了，航天员在月球表面上采集岩石标本，放置许多的测试仪器，对于月球的结构可以收集更深入的数据做分析。
从采集到的岩石做年代分析后发现，月球的岩石非常古老，有许多岩石的年代超过地球上最古老的岩石。根据统计99%的月岩年龄超过地球上90%的古老岩石，计算出的年代是43亿年到46亿年之前。而月表土壤的年代也非常古老，有些甚至比月岩的时间还提前10亿年。
月震实验：月球是空心的
月震的实验也许可以说明月球的结构。登陆月球的航天员要出发回到地球之前，会驾驶登月小艇飞离月球表面，与返回地球的太空舱结合后，登月小艇便被抛弃至月球表面。设置在72公里外的月震仪测得月球表面的震动，这个振动持续超过15分钟，就像用锤子用力敲击大钟一样，振动持续很长时间才慢慢消失。
举个例子，当人们用力敲击一个空心铁球时，它会发出嗡嗡而持续的振动，而敲击实心铁球的时候，只会听到短暂的振动。这个持续振动的现象让科学家开始设想月球是否是空心的。
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