С появлением космических ракет и космических автоматических станций резко возрос интерес к изучению лунной поверхности; это объясняется следующими причинами. Во-первых, существенно расширились возможности дальнейших исследований Луны, включая ее обратную сторону.
Во-вторых, подготовка к отправке космических аппаратов с посадкой на лунную поверхность требовала более подробного знания топографии (картографирование) и физических характеристик лунной поверхности, а также физических характеристик лунного грунта. Исследованию строения, структуры и физико-химических параметров верхних слоев грунта Луны посвящен следующий раздел.
Здесь рассматриваются последовательные этапы картографирования поверхности нашего спутника: фотографирование обратной стороны Луны (научными станциями «Луна-3», «Зонд-3», «Лунар Орбитер», «Зонд-6», «Зонд-7» и «Зонд-8»), фотографирование отдельных участков видимого полушария Луны с переменной степенью различения деталей (аппаратами типа «Рейнджер») и обследование значительной части лунной поверхности с близкого расстояния с помощью искусственных спутников Луны – научных станций «Луна-12», «Луна-19» и аппаратов «Лунар Орбитер».
Основными объектами при картографировании Луны космическими аппаратами были: обратная сторона Луны, ее экваториальная зона (предполагаемые районы посадки космонавтов), рельеф и структура лунной поверхности. Объем и сложность этой работы видны, например, из того факта, что многие районы земного шара все еще не имеют достоверных карт. Так, карты в масштабе 1:1 000 000 изготовлены только для 80 процентов площади Земли, а карты в масштабе 1:25 000 – лишь для 5 процентов площади; картографирование территории нашей планеты в масштабе 1:25 000 предполагается завершить с помощью ИСЗ в ближайшее десятилетие.
С тех пор как Галилео Галилей свыше трех с половиной столетий тому назад впервые применил телескоп для астрономических наблюдений, изучение Луны прошло большой и успешный путь. Галилей первый зарисовал лунные горные образования, он же определил с удивительной для того времени точностью высоту наибольших гор (по длине отбрасываемых теней).
Первая научно достоверная карта Луны была создана польским астрономом Яном Гевелием (1647), который на основе собственных рисунков лунной поверхности сам выполнил гравюры на меди для печати. В последующем было издано большое количество точных карт с использованием визуальных и фотографических наблюдений.
Одной из лучших карт последнего времени, составленной под руководством американского астронома Дж-Койпера, является «Фотографический атлас Луны» (1960 год) в масштабе 1:1 400 000; разрешающая способность снимков соответствует размерам деталей на местности, равным 800 метрам.
Для целей картографирования были составлены каталоги примерно двухсот опорных пунктов с точной взаимной привязкой координат; при этом использовались многочисленные наблюдения Луны при различных ее фазах.