Регистрация количества отраженного света от лунной поверхности (фотометрия) в зависимости от условий освещения позволяет сделать вывод о геометрических и физических свойствах наружного слоя лунного грунта. Кроме того, определение цвета и поляризации объектов, расположенных на Луне, сравнение их с соответствующими параметрами земных пород дает нам в руки способ исследования строения и происхождения лунного вещества. Применение фотометрии для изучения Луны дало возможность накопить громадный фактический материал, который неизменно используется и в сочетании с другими методами исследования.
В частности, тот результат фотометрических измерений, что яркость сходных районов (например, материков) всего диска Луны, отмечаемая в полнолуние, примерно одинакова и свет отражается в основном в направлении на Солнце, позволил сделать заключение о сильной микрошероховатости лунной поверхности.
Недостатком фотометрического метода является то обстоятельство, что он (в силу ограниченности разрешающей способности наземных приборов) дает осредненные оптические характеристики для участков лунной поверхности размерами в десятки километров, а исследование фотометрических характеристик земных пород выполняется в гораздо меньших масштабах.
Другая цепь затруднений, связанная с применением сравнительного фотометрического метода (как, впрочем, и других методов, основанных на сопоставлении характеристик наружных лунных и земных пород), состоит з том, что отсутствие на Луне атмосферы определяет и другие условия образования поверхностных пород. Этот факт приводит к тому, что подструктуре и оптическим характеристикам лунный грунт заметно отличается от соответствующих земных пород, несмотря на близкий химический состав и происхождение. Например, вулканическое вещество, выброшенное на поверхность Луны, испытывает в вакууме своеобразную дегазацию, а из-за отсутствия окисной пленки подвергается действию значительных сил сцепления, которых нет на Земле; дальнейшая бомбардировка этого вещества космическими частицами приводит к последующему возрастанию пористости и потемнению.
Аналогичное воздействие на лунный грунт могут оказать и метеориты (включая мельчайшие): при их ударе о поверхность возможно местное закипание лунного грунта с образованием пузырчатой структуры.
Все это обусловливает и вторую оптическую особенность наружного покрова Луны, а именно, низкое альбедо (отражение) лунной поверхности, равное в среднем 7 процентам, которое для земных пород наблюдается лишь в вулканических шлаках.
Спектральные и колориметрические наблюдения Луны, а именно, измерения распределения энергии в спектре отраженного Луной излучения, позволили определить цвет и альбедо отдельных образований, что дает представление о некоторых параметрах лунных пород путем сравнения с цветом и альбедо земных пород.
Спектрофотометрия помогла разобраться в очень интересном явлении, наблюдавшемся в районе кратера Альфонс известным советским астрономом Н. А. Козыревым в ночь со 2 на 3 ноября 1958 года. Полученные спектры говорили о том, что в районе кратера Альфонс происходило истечение газа, в спектре которого отмечены яркие эмиссионные линии углерода (Сг).
Широкое и эффективное применение получили в последнее время радиометрические методы изучения Луны. И если инфракрасное излучение дает представление лишь о температуре наружной поверхности Луны, то радиометрия позволяет определить температуру на различных глубинах от поверхности.
Советскому ученому В. С. Троицкому с сотрудниками удалось в несколько раз повысить точность измерений радиоизлучения Луны применением нового способа калибровки аппаратуры: в качестве эталона радиоизлучения использовалась «искусственная Луна» в виде диска с угловым размером, равным угловому размеру Луны.
Наиболее «молодым» методом исследования Луны является радиолокационный (кроме, конечно, метода, использующего автоматические космические станции); этот метод состоит в регистрации и анализе отраженных Луной радиосигналов, посылаемых к ней с Земли.
Радиолокация позволяет определять расстояния до Луны с погрешностью не более одного километра, т. е. точнее, чем астрономические методы.
С помощью радиолокационных методов исследования удается определять коэффициенты отражения радиоволн от лунной поверхности, законы рассеяния радиоволн различных длин, что дает возможность судить о структуре лунного грунта, породах, из которых он состоит, и некоторых других его физических параметрах.
Однако все наземные методы исследования Луны по своей результативности не идут ни в какое сравнение с методами непосредственного изучения Луны с близкого расстояния или с ее поверхности – при помощи научного оборудования, доставляемого средствами космической техники.