Bulan (Moon dalam bahasa Inggris, Luna dalam bahasa Romawi, Artemis dalam bahasa Yunani) adalah satu-satunya satelit alami yang Bumi miliki. Jika dilihat dari posisinya, Bulan adalah benda angkasa yang paling dekat dari Bumi. Bulan juga menjadi benda kedua yang paling terang di langit setelah Matahari (magnitudo Bulan -12,7, Matahari -26,4) dan satu-satunya benda langit yang permukaannya dapat diamati dengan mudah.

Permukaan Bulan
Dari Bumi, kita bisa melihat Bulan dengan cukup jelas tanpa menggunakan alat bantu optik seperti teleskop dan binokular. Tampaklah bahwa Bulan memiliki permukaan yang kecerahannya tidak seragam, ada bagian yang terang dan ada yang gelap. Dan secara sekilas, Bulan tampak memiliki permukaan yang datar/halus. Begitulah anggapan masyarakat di jaman dahulu. Pandangan tersebut baru berubah ketika Galileo menggunakan teleskopnya untuk mengamati Bulan 400 tahun yang lalu (inilah latar belakang pencanangan tahun 2009 ini sebagai Tahun Astronomi Internasional atau IYA 2009). Galileo mendapati bahwa permukaan Bulan tidaklah rata, tetapi berbukit-bukit dan memiliki banyak kawah. Dan karakteristik permukaan Bulan itu juga berhubungan dengan kecerahannya. Daerah yang tampak terang memiliki permukaan yang berbukit-bukit dan penuh kawah, sedangkan daerah yang tampak lebih gelap adalah permukaan yang memiliki sedikit kawah. Mereka pun kemudian memberikan nama dataran tinggi untuk bagian yang terang dan penuh dengan kawah, serta “mare” (berarti laut dalam bahasa Latin) untuk bagian yang gelap dan sedikit kawah. Penamaan lautan ini, sebenarnya adalah sebuah salah kaprah karena di Bulan tidak ada laut, dilakukan karena dataran gelap tersebut tampak seperti lautan.

Perbedaan kecerahan di permukaan Bulan itu ternyata disebabkan oleh perbedaan material batuan yang terkandung di kedua kawasan itu. Batuan yang berada di bagian dataran tinggi adalah anorthosit yang mengandung banyak kalsium dan aluminum silikat. Sedangkan batuan yang menyusun mare adalah basalt, suatu lava beku yang banyak mengandung besi, magnesium, dan titanium silikat. Pengetahuan ini sudah dikonfirmasi dengan contoh batuan yang diambil dari Bulan, yang berjumlah tidak kurang dari 382 kg.

Berbeda dengan Bumi, Bulan tidaklah memiliki atmosfer. Ada dua alasan yang menyebabkannya. Alasan yang pertama adalah karena bagian dalam Bulan terlalu dingin untuk hadirnya aktivitas vulkanik. Di Bumi, aktivitas vulkanik termasuk salah satu penghasil gas dan pembentuk atmosfer di masa awal pembentukannya. Sementara alasan kedua memegang peranan yang lebih penting lagi, yaitu karena massa Bulan terlalu kecil sehingga gaya gravitasi yang dihasilkan tidak cukup untuk menahan gas-gas yang terbentuk. Kecepatan lepas di Bulan hanyalah 2,4 km/detik, bandingkan dengan kecepatan lepas di Bumi yang sebesar 11,2 km/detik. Dengan kecepatan lepas sekecil itu, gas yang ada di Bulan dapat bergerak lepas dari pengaruh gravitasi Bulan, sehingga tidak ada udara di permukaannya.

Ketiadaan atmosfer di Bulan menyebabkan banyaknya kawah di permukaannya. Benda-benda yang mengarah ke Bulan, yang berukuran besar ataupun kecil, dapat langsung menumbuk permukaannya tanpa ada penghambat. Berbeda dengan Bumi karena atmosfernya menyebabkan benda-benda asing yang mengarah ke Bumi akan mengalami gesekan hingga berpijar, terkikis, dan berkurang ukurannya. Peristiwa berpijarnya benda asing yang masuk ke atmosfer Bumi ini kita lihat sebagai meteor. Akibatnya, benda-benda yang kecil akan habis terbakar dan hanya benda-benda yang cukup besar saja yang akan menumbuk permukaan sehingga kawah yang ditemukan di permukaan Bumi tidaklah sebanyak di Bulan.

Dari usia batuan di daerah dataran tingginya, tumbukan-tumbukan benda asing yang menghasilkan kawah di permukaan Bulan diperkirakan terjadi tidak lama setelah Bulan terbentuk, yaitu pada sekitar 4,5 miliar tahun yang lalu. Dan di masa-masa awal setelah Bulan terbentuk itu, material yang berada di bagian permukaan sudah mulai mengeras sementara di dalamnya masih berada dalam bentuk lelehan. Sebelum bagian keraknya menebal, sebuah benda asing yang cukup besar menumbuk Bulan hingga material lava di dalamnya mengalir keluar dan mengisi kawah yang terbentuk. Peristiwa inilah yang menghasilkan mare di Bulan. Setelah mare terbentuk, hanya sedikit benda asing yang menumbuknya sehingga bagian mare hanya memiliki sedikit kawah seperti yang sekarang kita amati.

Fase Bulan
Sebagai satelit Bumi, Bulan bergerak mengelilingi Bumi dengan periode 27,3 hari (periode revolusi). Uniknya, periode revolusi Bulan itu sama dengan periode rotasinya (berputar pada porosnya), sehingga wajah Bulan yang terlihat dari Bumi akan selalu tetap dan kita tidak akan pernah dapat melihat wajah Bulan yang membelakangi Bumi. Lintasan orbit Bulan tidaklah berhimpit dengan orbit revolusi Bumi (ekliptika), melainkan menyilang sebesar 5,2 derajat, sehingga kita dapat melihat fase Bulan purnama atau gerhana Bulan secara bergantian. Karena apabila lintasan orbitnya berhimpit dengan ekliptika, kita tidak akan pernah dapat mengamati Bulan purnama melainkan hanya gerhana Bulan setiap bulannya.

Dalam perjalanannya mengelilingi Bumi, posisi Bulan berubah-ubah relatif terhadap Matahari dan Bumi sehingga bagian terang di Bulan yang terlihat dari Bumi berbeda-beda dari waktu ke waktu secara periodik. Perubahan ini disebut dengan  perubahan fase, yang membutuhkan waktu yang sedikit lebih lama dari periode rotasinya, yaitu 29,5 hari (disebut dengan periode sinodis). Dan dalam rentang waktu tersebut, Bulan juga akan terbit pada waktu yang berbeda setiap harinya.

Apabila Bulan berada di antara Matahari dan Bumi, bagian Bulan yang terkena cahaya Matahari tidak dapat dilihat dari Bumi sehingga Bulan tidak akan dapat diamati juga. Saat ini, Bulan yang berada pada fase mati (atau disebut juga Bulan baru) akan terbit bersamaan dengan Matahari. Setelah fase ini bagian terang di Bulan yang terlihat dari Bumi bertambah sehingga Bulan tampak berbentuk sabit (fase sabit awal) dan waktu terbitnya menjadi semakin siang. Kemudian di hari-hari berikutnya, bentuk sabitnya akan semakin membesar hingga akhirnya setengah bagian Bulan yang menghadap Bumi menjadi terang, yang berarti Bulan berada pada fase setengah awal atau kuartir awal. Jarak sudut antara Bulan dan Matahari saat ini adalah 90 derajat dan Bulan yang berumur sekitar 7 hari ini akan terbit 6 jam setelah Matahari.

Dari fase setengah awal, bagian yang terang di wajah Bulan akan terus bertambah hingga tampak benjol dan akhirnya mencapai bulat penuh (fase purnama) pada umur antara 14 – 15 hari. Pada fase purnama ini, Bulan akan terbit bersamaan dengan terbenamnya Matahari. Setelah itu, wajah Bulan yang terang akan berkurang hingga setengah (fase setengah akhir, terbit 18 jam setelah Matahari tenggelam) pada umur 21 hari, kemudian berbentuk sabit (fase sabit akhir, terbit 3 jam sebelum Matahari terbit) dan akhirnya kembali menjadi fase Bulan baru/mati.

Karena dapat diamati dengan jelas, penduduk Bumi pun memanfaatkan fase Bulan sebagai penanda waktu/sistem kalender. Ada banyak sistem kalender yang didasarkan pada Bulan, dua diantaranya adalah sistem kalender Islam dan Jawa. Jumlah hari dalam satu bulan di kedua sistem itu ditentukan dari periode sinodis Bulan. Dalam kedua sistem kalender tersebut terdapat 12 bulan dalam setahun yang masing-masing bulannya terdiri dari 29 atau 30 hari. Di kalender Jawa, bulan pertama memiliki 30 hari dan bulan berikutnya memiliki 29 hari, begitu seterusnya secara bergantian hingga bulan ke-12. Sedangkan di kalender Islam yang banyak digunakan saat ini, jumlah hari dalam sebulan ditentukan dari perhitungan usia Bulan sehingga bisa saja terdapat dua bulan yang berurutan memiliki jumlah hari yang sama.

Ciri Fisik
Bulan adalah satelit kelima terbesar di Tata Surya kita setelah Ganymede, Titan, Callisto, dan Io. Diameternya adalah sebesar 3.476 km, sepertiga dari diameter Bumi. Sedangkan massanya adalah sebesar 7,35 x 10^22 kg. Dengan ukuran dan massa sebesar itu, gaya tarik gravitasi di Bulan lebih kecil daripada di Bumi, yaitu hanya sebesar 16,5% dari gravitasi di Bumi (1,62 m/s^2 berbanding 9,8 m/s^2).

Jarak rata-rata Bulan dari Bumi adalah sejauh 384.403 km. Pada jarak ini, Bulan akan tampak seukuran dengan Matahari yang jaraknya 400 kali lebih jauh dan ukurannya 400 kali lebih besar daripada Bulan. Karena ukuran Bulan dan Matahari di langit setara inilah penduduk Bumi dapat mengalami gerhana Matahari, yaitu ketika terhalangnya cahaya Matahari yang seharusnya sampai ke permukaan Bumi karena Bulan berada di antara Bumi dan Matahari.

Bulan memiliki interior yang cukup unik. Bagian kerak Bulan diketahui lebih tebal di permukaan yang membelakangi Bumi dibandingkan dengan permukaan yang menghadap Bumi. Hal ini menjelaskan mengapa di permukaan Bulan yang menghadap Bumi terdapat banyak mare, yaitu karena tipisnya bagian kerak sehingga tumbukan benda yang cukup besar dapat menghancurkan kerak dan membuat material cair mengalir keluar ke permukaan. Keunikan lainnya adalah posisi bagian inti Bulan yang tidak berada tepat di tengah, melainkan sedikit bergeser ke arah Bumi. Penyebabnya diperkirakan karena saat pembentukannya dahulu, gaya tarik Bumi sedemikian kuatnya sehingga dapat menggeser bagian inti Bulan tersebut. Dan akibat pergeseran ini, bagian interior Bulan di bawah permukaan yang menghadap Bumi mendingin lebih lama daripada bagian interior yang membelakangi Bumi. Sehingga terjadilah perbedaan ketebalan kerak di kedua bagian permukaan tersebut.

Kerapatan Bulan yang hanya sebesar 3,3 g/cm^3 menunjukkan sedikitnya kandungan besi dalam interior Bulan. Bagian inti Bulan yang berupa material padat dan berukuran kecil, serta lambatnya rotasi Bulan membuat astronom berkesimpulan bahwa bagian inti Bulan tidak dapat membangkitkan medan magnet sehingga tidak ada gunanya kita membawa kompas ke sana. Hal ini sudah dikonfirmasi oleh para astronot yang mendarat di Bulan. Namun penelitian juga menunjukkan adanya jejak magnetisme pada batuan Bulan. Artinya, dahulu Bulan pernah memiliki medan magnet, yaitu ketika bagian intinya masih berupa material lelehan.

Bulan kini diperkirakan berusia lebih dari 4,5 miliar tahun. Asal-usulnya belum diketahui secara pasti, namun setidaknya ada empat teori yang mencoba menjelaskan asal-usul Bulan. Pertama, Bulan terbentuk bersamaan dengan Bumi. Kedua, Bulan terbentuk ketika Bumi berputar begitu cepat sehingga sebagian materialnya terlontar dan memadat menjadi Bulan. Ketiga, Bulan adalah benda angkasa yang ditangkap oleh gaya gravitasi Bumi. Ketiga teori ini sudah ada sejak sebelum contoh batuan Bulan diambil oleh astronot Apollo. Masing-masing teori tersebut akan menghasilkan tiga variasi komposisi material Bulan yang berbeda-beda. Untuk membuktikan teori mana yang cocok, dibutuhkan contoh batuan Bulan agar dapat diteliti komposisinya.

Menurut teori pertama, komposisi material penyusun Bulan akan sama dengan Bumi karena keduanya terbentuk dari material yang sama. Sedangkan menurut teori kedua, akan ada kemiripan dalam komposisi batuan keduanya namun tidak akan sama secara keseluruhan karena material pembentuk Bulan berasal dari sebagian material Bumi, yaitu hanya dari bagian kerak Bumi saja. Dan menurut teori ketiga, material Bumi dan Bulan akan sama sekali berbeda. Setelah contoh batuan Bulan diambil dan diteliti, ternyata ketiga teori tersebut tidak dapat menjelaskan hasil penelitian yang diperoleh karena ada material yang komposisinya sama dan ada juga material yang komposisinya berbeda dengan yang ada di Bumi.

Dari hasil penelitian tersebut muncullah teori keempat yang menyebutkan bahwa Bulan terbentuk setelah terjadi suatu tumbukan hebat antara benda angkasa sebesar Mars dengan Bumi muda. Akibat dari tumbukan tersebut, sebagian material Bumi dan benda asing itu terlontar dan sembari mengelilingi Bumi, material campuran tersebut kemudian memadat. Dan kini campuran antara material penyusun Bumi dan benda asing itu kita lihat sebagai Bulan. Teori ini juga dapat menjelaskan penyebab kemiringan sumbu rotasi Bumi sebesar 23,5 derajat. Dengan begitu, teori ini pun menjadi teori yang diterima oleh banyak pihak hingga saat ini.

Interaksi Bulan dan Bumi
Sebagaimana dinyatakan dalam Hukum Newton bahwa benda bermassa akan menghasilkan pengaruh gravitasi bagi benda-benda lain, Bumi dan Bulan juga berinteraksi secara gravitasi. Pengaruh gravitasi Bumi menyebabkan Bulan bergerak mengelilingi Bumi dan posisi bagian inti Bulan tidak tepat berada di pusatnya. Sedangkan pengaruh gravitasi Bulan menyebabkan semua materi yang ada di Bumi seperti daratan, atmosfer, dan air mengalami gaya tarik ke arah Bulan. Namun karena daratan terdiri atas materi yang tidak dapat bergerak bebas dan kita tidak dapat mengamati atmosfer dengan mudah, maka pengaruh gravitasi Bulan pada air laut sangat mudah untuk kita amati.

Gaya tarik Bulan mengakibatkan ketinggian permukaan air laut berubah secara periodik. Perubahan tersebut biasa disebut dengan pasang naik (ketinggian air laut bertambah) dan pasang surut (ketinggiannya berkurang). Secara umum bagi pengamat di ekuator Bumi, pasang naik akan terjadi apabila Bulan berada di meridian (saat kulminasi atas) dan ketika Bulan kulminasi bawah. Sedangkan pasang surut akan terjadi ketika Bulan berada di horison (saat terbit dan terbenam). Jadi setiap lokasi di Bumi akan mengalami pasang naik dan surut secara bergantian setiap sekitar 6 jam sekali.

Pasang naik maksimum akan terjadi ketika Matahari, Bumi, dan Bulan berada pada satu garis lurus, yaitu pada saat terjadinya Bulan mati atau purnama. Saat itu, air laut mengalami gaya tarik oleh gravitasi Bulan dan Matahari sekaligus (gravitasi Matahari tidak sebesar gravitasi Bulan). Sedangkan saat Bulan berada pada fase setengah awal dan akhir, pasang naik akan menjadi minimum karena posisi Bulan dan Matahari yang terpisah 90 derajat menyebabkan gaya gravitasi Bulan dan Matahari saling meniadakan.

Gravitasi Bulan juga memberi pengaruh positif terhadap iklim di Bumi, yang dipengaruhi oleh kemiringan sumbu rotasi Bumi. Dengan adanya Bulan, kemiringan sumbu rotasi Bumi relatif tetap sepanjang masa, sehingga iklim di Bumi juga relatif stabil. Apabila Bulan tidak ada, diperkirakan kemiringan sumbu rotasi Bumi akan mengalami perubahan yang sangat ekstrim sehingga iklim di Bumi akan berubah secara ekstrim juga.

Interaksi Bumi dan Bulan juga mengakibatkan terjadinya pengereman rotasi Bumi dan bertambahnya jarak Bumi-Bulan. Penyebabnya adalah gesekan yang terjadi antara air laut dengan daratan pada peristiwa pasang naik air laut. Menurut perhitungan, rotasi Bumi mengalami perlambatan sebesar 1,5 milidetik setiap abadnya dan akibatnya Bulan bergerak menjauhi Bumi sebesar lebih dari 3 cm setiap tahunnya. Dengan demikian, jutaan tahun dari sekarang periode rotasi Bumi akan sama dengan periode rotasi dan revolusi Bulan sehingga wajah yang sama dari Bulan dan Bumi akan selalu berhadapan. Saat itu, melihat Bulan adalah suatu hal yang tidak mungkin bagi penduduk di separuh belahan Bumi, karena posisi Bulan di langit akan selalu tetap. Kemudian karena jarak Bumi – Bulan membesar, ukuran sudut Bulan akan berkurang sehingga kita tidak akan dapat menyaksikan piringan Bulan yang menutupi seluruh piringan Matahari saat terjadinya gerhana Matahari total.