如果你在地球上仔细观察月球表面，可以看到无论月相怎么变化，我们看到的月球表面始终都是一样的，似乎月球没有自转。那么，这究竟是怎么回事呢为什么月球？
事实上，与其他天然卫星一样，月球当然也会自转，只不过稍微有点特别。我们都知道，月球除了自转以外，它还在绕地球公转。月球每隔27.32天绕地球公转一周，而它的自转周期也恰好是27.32天。因此，从地球上看来，月球始终以同一个面朝向地球。这种现象被称为同步自转，或称潮汐锁定。
永远朝向地球的月面被称为月球近侧，月球“背面”被称为月球远侧。但有些人把月球远侧称为暗面是不正确的，因为在新月时，月球的背面完全沐浴在太阳光之中，只是我们在地球上无法看到而已。
不过，月球的公转和自转并非完全匹配。月球绕地球公转的轨道是一个椭圆形，而非圆形。当月球距离地球最近的时候，其公转速度达到最快，自转落后于公转，这使得地球上的观察者可以在月球东侧看到额外的8度。当月球最远时，可以在月球西侧看到额外的8度。
一般而言，如果行星和卫星的距离较近，质量相差较大，经过长期的引力作用，卫星就可能会被潮汐锁定。这种现象在太阳系中很普遍，火星、木星、土星、天王星和海王星的卫星都有被潮汐锁定的情况（水星和金星均无天然卫星）。
还有一种潮汐锁定情况比较特别，如果两个天体的质量较为接近，它们都会被对方潮汐锁定，例如，冥王星与冥卫一卡戎。冥王星和卡戎的质量较为接近，它们的共同质心位于两个天体之外，它们都是绕着这个点在运动。经过长期的引力作用，两个天体的自转周期及其绕该点运动的公转周期达到同步，所以冥王星和卡戎一直都是以同一个面朝向彼此，这就像两个人面对面手拉手在旋转一样。
20世纪末，“月球勘探者”在月球上发现了水，这一消息对人类来说就像当年哥伦布发现美洲大陆那样惊喜。早在1996年，科学家在分析研究1994年“克莱门汀1号”探测器拍摄的1500张月面照片张照片被某些科学家怀疑是月球南极的冰湖照片。于是，“月球勘探者”探测器带着证实月球是否有水的任 务，于1998年1月6日发射升空，并于1月12日顺利进入月 球轨道，开始了它的找水探测。
在月球上空，“月球勘探者”是 怎样找水的呢？原来，“月球勘探者”携带了一种先进的找水仪器——中 子光谱仪。我们知道，水分子是由氢原子和氧原子组成的。中 子光谱仪对氢原子特别敏感，再加上月球上几乎没有大气， 所以，如果中子光谱仪在空中发现月面有过量氢原子存在， 就可以找到水。
中子光谱仪找水的本领非常高，它高高在上就可以在1立方米的月球土壤里测出一小杯水的含量。“月球勘探者”经过7个星期的月面扫描探测后发现，月球两极的盆地的底部存在水。由于那里终年照不到阳光，温度极低，常年在-1501以下，水都是以固态形态——冰存在。
冰的上面还盖有一层几十厘米厚的土层。那么，月球水是从哪儿来的呢？科学家们认为，月球经常受到彗星的撞击，而彗星的含水量约为30%〜80%，彗尾中水蒸气的含水量高达90%。这些外来的水分在月面受到阳光照射而蒸发，而一部分水蒸气在月球两极那些温度极低的盆地底部凝结起来。
所以，这些冰不是集中在一起的，而是与尘土混合的冰渣。
