Khoảng cách Mặt Trăng tức thời đang liên tục thay đổi. Trên thực tế, khoảng cách thực sự giữa Mặt Trăng và Trái Đất có thể thay đổi nhanh đến 75 mét trên giây,[3] hay hơn 1.000 km (620 mi) trong 6 giờ, do quỹ đạo không tròn của nó.[17] Có nhiều yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến khoảng cách Mặt Trăng, một số được mô tả trong phần này.

Nhiễu loạn hấp dẫn và độ lệch tâm

Khoảng cách tới Mặt Trăng có thể được đo với độ chính xác tới 2 mm trong khoảng thời gian lấy mẫu 1 giờ,[18] dẫn đến độ bất định tổng thể vào cỡ một decimet đối với bán trục lớn. Tuy nhiên, do quỹ đạo hình elip của nó với độ lệch tâm thay đổi, khoảng cách tức thời thay đổi theo chu kỳ hàng tháng. Hơn nữa, khoảng cách chịu ảnh hưởng nhiễu loạn bởi các hiệu ứng hấp dẫn của các thiên thể khác nhau – đáng kể nhất là Mặt Trời và ít hơn là Sao Kim và Sao Mộc. Các loại lực khác gây ra nhiễu loạn nhỏ là: lực hấp dẫn đối với các hành tinh khác và các tiểu hành tinh trong Hệ Mặt Trời; các lực thủy triều; và các hiệu ứng tương đối tính.[19][20] Ảnh hưởng của áp suất bức xạ từ Mặt Trời đóng góp một lượng ± 3,6 mm vào khoảng cách Mặt Trăng.[18]

Mặc dù độ bất định tức thời chỉ vào cỡ vài milimet, khoảng cách Mặt Trăng đo được có thể thay đổi tới hơn 21000 km so với giá trị trung bình trong suốt thời gian một tháng điển hình. Những yếu tố nhiễu loạn này đã được hiểu rõ[21] và khoảng cách Mặt Trăng trong vài nghìn năm có thể được mô hình hóa chính xác.[19]

Khoảng cách từ Mặt Trăng tới Trái Đất và các pha Mặt Trăng vào năm 2014.Các pha Mặt Trăng: 0 (1) – trăng non, 0,25 – bán nguyệt đầu tháng, 0,5 – trăng tròn, 0,75 – bán nguyệt cuối tháng.Biến thiên của khoảng cách giữa tâm của Mặt Trăng và Trái Đất trong thời gian 700 ngày.

Tiêu tán thủy triều

Do tác động của các lực thủy triều, mô men động lượng của sự tự quay của Trái Đất được truyền từ từ tới quỹ đạo của Mặt Trăng.[22] Kết quả là tốc độ quay của Trái Đất đang ngày càng giảm (với tốc độ 2,4 milimet trên một thế kỷ),[23][24][25][26] và quỹ đạo Mặt Trăng đang từ từ mở rộng. Tốc độ rời xa ở hiện tại là 3,830±0,008 cm mỗi năm.[21][24] Tuy nhiên, người ta cho rằng tốc độ này chỉ mới tăng lên gần đây, bởi tốc độ rời xa 3,8 cm/năm sẽ có nghĩa là tuổi của Mặt Trăng chỉ có 1,5 tỉ năm, trong khi số tuổi được giới khoa học đồng thuận là khoảng 4 tỉ năm.[27] Tốc độ rời xa cao bất thường này cũng được dự đoán là sẽ tiếp tục gia tăng.[28]

Khoảng cách Mặt Trăng được dự đoán là sẽ tiếp tục tăng cho đến khi (trên lý thuyết) hệ Trái Đất và Mặt Trăng trở nên khóa thủy triều, tương tự như Diêm Vương Tinh và mặt trăng Charon. Điều này sẽ xảy ra khi thời gian chu kỳ quỹ đạo của Mặt Trăng bằng chu kỳ tự quay của Trái Đất, được ước tính sẽ bằng 47 chu kỳ tự quay (ngày) hiện tại của chúng ta. Hai thiên thể khi đó sẽ ở trạng thái cân bằng, và không còn sự trao đổi động năng quay. Tuy nhiên, các mô hình dự đoán rằng cần phải mất 50 tỉ năm để đạt tới trạng thái này,[29] tức là lâu hơn đáng kể so với tuổi thọ được dự tính của hệ Mặt Trời.

Lịch sử quỹ đạo

Các phép đo bằng laser cho thấy rằng khoảng cách Mặt Trăng bình quân đang ngày càng tăng, từ đó có thể suy ra rằng trong quá khứ Mặt Trăng đã từng gần Trái Đất hơn, và thời gian một ngày trên Trái Đất là ngắn hơn. Nghiên cứu về hóa thạch của động vật thân mềm từ thời kỳ Campanian (80 triệu năm trước) cho thấy rằng thời đó một năm có 372 ngày (một ngày gồm 23 giờ 33 phút), từ đó suy ra khoảng cách Mặt Trăng khi đó bằng 60,05 R⊕ (383.000 km).[22] Các chứng cứ địa chất cho thấy khoảng cách Mặt Trăng trung bình bằng 52 R⊕ (332.000 km) vào thời kỳ Tiền Cambri; 2500 triệu năm trước thời điểm hiện tại.[27]

Giả thuyết vụ va chạm lớn, một giả thuyết được chấp nhận rộng rãi, phát biểu rằng Mặt Trăng được tạo ra là kết quả của một vụ va chạm khốc liệt giữa Trái Đất sơ khai và một hành tinh khác, dẫn đến sự tích tụ lại các mảnh vỡ ở khoảng cách ban đầu 3,8 R⊕ (24.000 km).[30] Trong giả thuyết này, vụ va chạm ban đầu được cho là đã xảy ra 4,5 tỉ năm về trước.[31]