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  在地-月系統長期的演化過程中,地球和月球之間的潮汐力使月球的自轉逐漸減緩,最終導致月球被地球潮汐鎖定,此後月球總是以同一面朝向著地球。從地球上始終不能完全看見月球的另一面(背面僅有18%可因天秤動和視差而被觀測),因此被稱為月球背面。月球背面和月球暗面是不同的概念,後者是指在某一個時間點上陽光照不到的月球半球,這兩者只有在滿月時是相同的,但是,一般世俗所謂的“黑暗的月球”通常是指月球背面。不考慮地球對月球的遮擋時,月球正面和背面接收到的太陽光量幾乎是相等的,考慮日食等因素時,月球背面直接獲得的陽光比月球正面還要多一些。但是,因為地球也會將陽光反射至月球,因此月球正面的總亮度會比背面略高。

  兩個半球的特徵有著顯著的不同,正面有許多巨大的月海(這是早期的天文學家在認知上的錯誤,以為這些平原有水,才稱之為海);另一邊受到撞擊,有著密集的隕石坑,只有少量,大約2.5%的面積被海覆蓋著,相較之下,正面的海覆蓋的面積高達31.2%。這種差異最有可能的解釋是熱量的生成集中在正面的半球上,如已被證實的來自月球勘探者的γ射線光譜地質化學圖。而其他的因素,如表面的隆起和地殼的厚度,也會影響到其中的玄武岩爆發,但是這些都不能解釋為何南極-艾託肯盆地(有著月球上最低高度的和薄的地殼)沒有像正面的風暴洋一樣劇烈的火山活動。

  直到1950年代晚期,我們對月球背面認識依然很少。月球的天秤動讓我們得以驚鴻一瞥的看到很有限的月球背面的邊緣地帶。但是這些地形都以低角度出現,阻礙了有效的觀測(這樣的觀測很難確認一個環型山的範圍)。背面仍有82%的表面是在未知的狀況下,並且其特性完全未被探測過。  經由天秤動可以看見月球背面特徵的一個例子是東方海,這是一個突出的撞擊盆地,幾乎跨越,但直至1906年這個地形才被德國天文學家尤利烏斯·海因裡希·弗朗茨給予命名。這個盆地的本質直到1960年代將整體的形狀投影到一個球體上時才被發現。它是在1967年才被月球軌道器4號拍攝到完整的細節。  在1959年10月7日,前蘇聯的太空船月球3號傳回月球背面的第一張照片,東方海是解析出的18個地形特徵之一,涵蓋到三分之一從地球看不到的部分。影像經過分析之後,蘇聯科學院在1960年11月6日出版了第一份的月球背面地圖,它包含了500個可分辨的景觀特徵目錄。一年之後,前蘇聯以月球3號為基礎,製做了第一個月球儀(比例為1:13 600 000),包含了從地球上無法看見的月球背面特徵。在1965年7月20日,另一艘前蘇聯太空船探測器3號傳送回25張畫質非常好的月球背面照片,有比月球3號高了許多的解析度。特別是,它們顯示有著長數百公里的鏈狀隕石坑。在1967年,在莫斯科出版了第二部分的月球背面地圖。以探測器3號的資料為基礎,目錄中包含了4,000個新發現的月球背面地形。在同一年,由蘇聯釋出了第一份完整的月面圖(比例為1:5,000,000)和修訂的完整的月球儀(比例為1:10,000,000),呈現了95%的月球表面 。  前蘇聯的太空船在月球背面地形的發現上做出了許多傑出的貢獻,因此蘇聯的科學家得以挑選這些地形的名稱。這引起了一些爭議,國際天文聯合會保留了大部分的名稱不變,而且稍後並依此建立起月球背面的命名規則。  人類首度親眼看見月球背面是在1968年的阿波羅8號任務,太空人威廉·安德斯的描述如下:  從此之後,從阿波羅8號和阿波羅10號一直到阿波羅17號的所有太空人都曾看過月球的背面,並且有許多月球太空船拍回照片。太空船在飛進月球背面時,和地球直接的無線電通訊會暫時中斷,必須等到飛出軌道之後才能恢復通訊。在阿波羅任務時,服務艙的主引擎必須在月球背面的時候重新點火,在太空船重新出現之前,控制中心都會為此而非常緊張。  2018年12月8日,中華人民共和國發射嫦娥四號探測器。2019年1月3日10時26分,嫦娥四號探測器成功著陸在月球背面東經177.6度、南緯45.5度附近的預選著陸區,並通過“鵲橋”中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖。此次任務實現了人類探測器首次月背軟著陸、首次月背與地球的中繼通訊。

  因為月球背面受到遮蔽而接收不到來自地球的無線電傳輸,有些天文學家認為是建立無線電望遠鏡的良好場所。利用自然的的地形建立一個如同波多黎各的阿雷西博般的小的、碗形固定不動的望遠鏡。口徑更大的望遠鏡,直徑達到的望遠鏡計劃建造在接近月球背面中心的代達羅斯環形山,並且高的山脊可以有效的阻絕來自軌道上衛星的噪聲。另一個潛在的無線電望遠鏡候選場地是薩哈環形山。  在月球背面佈署無線電望遠鏡之前,有幾個問題必須克服。月球的微塵會汙染裝置、車類和宇航服。使用在無線電望遠鏡上的導電材料必須要仔細的遮蔽以防止受到太陽閃焰的影響。最後,望遠鏡所在的地區必須要受到保護,以防止被其他的無線電源汙染。  地月系統的L拉格朗日點在月球背面上方大約,也已經被建議做為未來的一個無線電望遠鏡設定的點,在該處會以拉格朗日點的利薩茹軌道來設定。  美國國家航空暨太空總署由一個月球的研究任務,將送一艘能將樣品送回的登陸艇前往南極-艾託肯盆地,這是一個巨大的撞擊事件所形成的直徑長達的大坑洞。這次撞擊的大小已經深入月球的表面,從這個地點攜帶回的樣本可以獲得關於月球內部的資訊。  因為侵襲月球正面的太陽風受到地球的遮蔽,估計月球背面的月海會有月球表面最高的氦-3濃度。相對而言,這種同位素在地球上非常罕見,但是在核融合的反應堆中是很好的燃料。這種物質的存在給了主張在月球建立基地的支持者一個很好的理由。
月球背面是月球永遠背對地球的那一面。月球背面的第一張影像由前蘇聯的月球3號太空船在1959年拍攝,而人類直到1968年的阿波羅8號任務環繞月球時,才直接用眼睛看見月球背面。月球背面的地形主要為一大堆起伏不平的撞擊坑,如太陽系第二大的撞擊坑,南極的南極-艾特肯盆地,而平坦的月海則相對較少。在月球背面,來自地球的電波干擾會被遮蔽,因而有學者建議在月球背面安置一架大功率電波望遠鏡。