Прве белешке о овој појави јављају се на глиненим плочицама краљевске библиотеке Нинива и Вавилона, за време краља Асурбанипала Асирског (668-626. пре наше ере). На плочицама се налазе описи посматрања небеских тела и временских промена. На једној од њих пише: „Када се Месец појави тако да му је десни рог дужи од левог, краљева рука ће освојити нове земље. Када се Месец појави као веома велики, десиће се помрачење. Када се Месец појави као веома сјајан, усеви ће напредовати.” Из описа видимо да су писци ових редова уочавали промену величине Месеца и да су јој приписивали одређена значења.

Иако се ова појава углавном везује за Месец и Сунце, она се примећује и код положаја небеских тела, па тако, Велика кола, или Орион, такође, изгледају много већи када се налазе близу хоризонта, него када су високо у зениту. Најчешће употребљаван назив за ову појаву је Месечева илузија.

Прво научно мишљење о овој појави срећемо код Аристотела који у једном кратком пасусу помиње Месечеву илузију и увећање приписује проласку светлости кроз атмосферу. Птоломеј, један од родоначелника астрономије, у књизи „Алмагест”, овај ефекат такође је приписивао атмосфери. Тек у 11. веку арапски астроном и математичар Ибн ал Хајтам, познатији као Алхазен, приписује увећање Месеца и Сунца на хоризонту грешци у опажању даљине. Алхазен уводи једну претпоставку која ће утицати на објашњења Месечеве илузије наредних десет векова. Он је претпоставио да је опажај небеског свода такав да се према зениту свод види ближим него према хоризонту, то јест да је опажени свод заравњен.

Молино (1687) је описао своје утиске о Месечевој илузији тврдећи да Месец на хоризонту изгледа 3 до 4 пута већи, а да му се понекад чинио и до 10 пута већим од Месеца у зениту. Хајгенс је тврдио да је Месец на хоризонту 2 пута већи, а данашње експерименталне студије, у контролисаним условима, показују да увећање износи од 1,5 до 2 пута, то јест 50 до 100 одсто. Тако су Холвај и Боринг (1940) у својим истраживањима добили да људи увећавају Месец у оба положаја - када је на хоризонту од 4 до 6 пута, а када је у зениту од 2 до 5 пута, па просечно увећање Месеца на хоризонту према Месецу у зениту износи око 1,7 пута. Они су испитивали опажај правог Месеца тражећи од својих испитаника да га пореде с кругом од картона, на основу чије величине су реконструисали опажену величину Месеца. Да би боље контролисали испитивање, Кауфман и Рок (1962) направили су такозвану Месечеву машину. Они су системом огледала пројектовали слику круга према хоризонту или зениту и тражили од испитаника да процене удаљеност тог вештачког Месеца. У оваквим огледима добијено је да увећање Месеца на хоризонту према Месецу у зениту износи око 1,5 пута у просеку, а највише до 2 пута.

Иако је увећање, према подацима, углавном од 50 до 100 одсто, већина нас је видела Сунце или Месец на изласку који су изгледали далеко већи можда и до 10 пута, како је то описао Молино. Вероватно се понекад дешава да увећање износи и много више од наведеног. Тако можемо рећи да Месечева илузија варира и да је њен ефекат различит, да углавном износи око 50 одсто, али да може бити и већи.

А колика је стварна величина Месеца? Пречник Месеца износи 3476 километара, а његова удаљеност од средишта Земље у просеку је 384.400 километара. Међутим, Месец се око Земље креће путањом која није кружна већ елиптична, што значи да је у неким тачкама ближи, а у неким даљи од Земље. Тачка у којој је Месец најближи Земљи зове се перихел, а тачка у којој је најдаљи афел. Према томе, удаљеност Месеца од Земље варира на такав начин да се у најудаљенијој тачки Месец налази на 405.700 километара, а у најближој на 363.100 километара од средишта Земље.

Развој мисли о Месечевој илузији, односно преглед важнијих мишљења о њеном објашњењу посредно нам говори и о схватањима тока опажања. Наиме, раније се сматрало да је опажање пресликавање стварности, према томе тачно и прецизно, па су илузије углавном приписиване физичким појавама. Сходно томе, први астрономи су се трудили да илузије, па и Месечеву, објасне преко феномена оптике.

Птоломеј, а касније и Алхазен разликују слику на мрежњачи од опажене величине и тада почињу прва психолошка објашњења варки, односно јављају се прве идеје да можда постоји погрешно опажање.

Касније, Херман фон Хелмхолц (1856) описује опажање као хипотетичку конструкцију на основу недовољних података са стимулуса. Наиме, Хелмхолц објашњава да наше опажање није директно пресликавање стварности, већ да ми чулима бележимо само делиће стварности, на основу којих мозак гради читав опажај. Овакво схватање опажања омогућило је објашњење илузија психолошким механизмима.

Да бисмо боље схватили саму илузију, треба укратко описати поступак визуелног опажања. Наше виђење последица је одбијања светлосних зрака од објеката у спољашњем свету, који затим доспевају на део ока који се зове мрежњача. Ако сте се икада питали зашто не видите у мраку, сада знате одговор. Дакле, виђење можемо описати као геометријску пројекцију тродимензионалног света на дводимензионалну слику на мрежњачи. Овај поступак сличан је ономе када сликар или фотоапарат пренесу неку сцену на хартију или екран. На мрежњачи долази до надражаја одређених пријемника и подаци се даље прослеђују у одређену зону мозга која се зове примарна визуелна зона. Један од највећих недостатака у објашњењу опажања настаје управо због чињенице да ми на основу дводимензионалне слике видимо тродимензионални свет. Поред овог, постоје и други извори података који нам говоре посредно о удаљености предмета и њих називамо знаковима дубине. У њих још спадају: прилагођавање очног сочива, разлика у сликама на две мрежњаче, сенке, перспектива, заклањање предмета...

Ако се неки предмет удаљи, на пример аутомобил који прође поред нас, његова слика на мрежњачи се смањује, што је управо последица пројекције. Ипак, ми не опажамо да се предмети смањују, већ их опажамо као да су непроменљиве величине и ова појава назива се константност опажене величине.

На основу свега реченог, можемо да замислимо шта се дешава када погледамо Месец, али и сваки други предмет у околини. Дакле, зраци светлости одбијају се од Месеца, долазе до нашег ока и ту пројектују слику. Величина те слике може да се изрази преко угла који заклапају два зрака светлости одбијена од два супротна краја Месеца (слика 3). Овај угао зове се визуелни угао. Према томе, на поменутој просечној удаљености (од 384.400 км), Месец заузима визуелни угао од 0.518 степени (31.1 лучних минута), што чини да величина његове слике на мрежњачи износи 0.15 mm. Међутим, пошто његова удаљеност варира, некада је ближи а некада даљи, и његов визуелни угао варира од 0.491 степени (29.5 минута), када је најдаљи, до 0.548 степени (32.9 минута), када је најближи. Дакле, највећа разлика у величини слике на мрежњачи је око 3.4 лучних минута.

Постоје различита објашњења ове појаве. Она су се смењивала током историје, заједно с променом схватања о самом току опажања. Сва тумачења можемо сврстати у три категорије. Прве две групе теорија данас су углавном одбачене јер њихове претпоставке нису у складу с изведеним огледима.

Према првој групи објашњења, узрок оптичке варке је спољашње, физичке природе и лежи у стварној различитој удаљености Месеца од Земље на различитим положајима, или у преламању светлости кроз атмосферу. Као што смо помињали, Месец се око Земље креће по елиптичној путањи, што значи да се не налази увек на истој удаљености, па се и његова слика на мрежњачи мења. Што се атмосфере тиче, неки научници претпостављали су да се са Месецом дешава исто што и са свим предметима када их потопимо у воду. Промена густине околине мења преламање светлости, дакле и пројекцију, па потопљени предмети обично изгледају већи. Невоља је што је Месец „потопљен” у истој мери и према хоризонту и према зениту, а још више у томе што смо у ствари „потопљени” ми, а не Месец. Наиме, ми се налазимо у атмосфери а не Месец, што би одговарало околностима када из воде посматрамо неки предмет на обали. У том случају посматрани предмет изгледа мањи, а не већи. Највећа недаћа ове групе теорија јесте што не могу да објасне зашто нема илузије на фотографијама. Односно, промена опажене величине Месеца због различите удаљености износи око 3.4 лучних минута - од 0.491 степен (29.5 минута), када је најдаљи, до 0.548 степени (32.9 минута) када је најближи, што је само око 12 одсто, а увећање у илузији износи најчешће од 50 до 100 одсто, односно од 1,5 до 2 пута (слика 4).

Друга група теорија објашњење налази у физиолошким променама у оку, односно у промени пречника зенице, прилагођавању очног сочива и конвергенцији очију приликом посматрања објеката на хоризонту и зениту. До промене пречника зенице долази због промене у светлини посматраног објекта (приликом посматрања светлијих објеката смањује се пречник зенице), а различита отвореност зенице доводи до промене у опаженој величини. Међутим, светлина Месеца повећава се приближавањем зениту, а светлији објекти опажају се као већи, што је супротно утиску варке - Месец се опажа као мањи како се приближава зениту. Сунце променом положаја не мења светлину, тако да ово објашњење за њега још мање важи. Такође, променом у светлини може се објаснити само око 7 одсто, а променом у боји (Месец и Сунце у зениту делују црвенкасто) око 20 одсто илузије, с тим што ни светлина ни боја немају промена у лабораторијским условима. Прилагођавање очног сочива (при посматрању далеких објеката сочиво се издужи и супротно) и конвергенција очију пружају податке о удаљености само за релативно блиске објекте (до неколико метара удаљености), тако да њихова промена тешко може објаснити промену опажене удаљености Месеца.

У трећу групу теорија спадају тврђења која промену опажене величине приписују механизмима у мозгу, то јест у визуелним центрима. У овој групи налазе се теорије које варку објашњавају преко промене правца погледа и положаја тела или преко грешке у процени удаљености, односно преко поређења процене удаљености и величине слике на мрежњачи.

Идеју о утицају промене правца погледа на опажање величине први је изнео математичар Карл Фридрих Гаус (1830) мада је узроке видео у физиолошким променама у оку. Касније је ту идеју разрадио Боринг, али узроке није приписао физиолошким променама у самом оку, већ у мозгу које се дешавају приликом промене правца погледа. Огледи су показали да промене положаја ока доводе до увећања опаженог објекта, али само за око 7 одсто.

Што се тиче поређења опажене удаљености и величине, још је Алхазен, као што смо поменули, грешку у опажању величине Месеца приписао грешци у опажању удаљености. Његова замисао о заравњеном своду јесте претпоставка да ми опажамо небески свод као ближи зениту (слика 5). Овде се претпоставља да ми опажамо нешто што не постоји, а да можемо да проценимо његову удаљеност. Дакле, шта је то небески свод? Некада су људи небо заиста замишљали као плочу, односно као омотач око Земље. Тако је у старој кинеској митологији небо приказано као део лобање мртвог бога П’ан Куа. Иако данас већина људи не верује да је небо плоча која нам виси над главом и да ће нам она једном можда пасти на главу, чега се плаше храбри Астерикс и Обеликс, ипак ће, без много противљења, већина нас дати неке процене о томе колико је то небо отприлике удаљено. Ми, дакле, не мислимо да је небо плоча, али се приликом опажања наше очи и мозак понашају као да јесте. Па, ако јесте плоча, бар што се наших очију тиче, онда се с правом можемо питати колико је она далеко.

Претпоставку о заравњеном своду огледима су проверавали Рок и Кауфман средином двадесетог века, а њена суштина је у следећем: ако визуелни систем (сви делови ока и нервног система који учествују у виђењу) другачије процени удаљеност Месеца према хоризонту и зениту, а слика Месеца на мрежњачи остане иста, опажена величина биће различита. Дакле, ако се слика Месеца на мрежњачи не промени, а наш визуелни систем процени да је Месец на хоризонту даљи, онда морамо да претпоставимо да је он у исто време и већи јер да би са веће даљине слика остала иста он мора да се увећа, као на слици 3. Иако се нама чини да је претходна реченица противречна, јер обично даљи предмети изгледају мањи, не треба заборавити да се Месец није заиста удаљио. Наиме, даљи објекти изгледају мањи јер се њихова слика на мрежњачи ока умањи, а пошто Месец стварно остане на отприлике истој удаљености, његова слика на мрежњачи се не мења. Али, пошто визуелни систем претпоставља да је Месец на хоризонту даљи, он мора да претпостави и да је већи да би задржао исту величину слике на мрежњачи. Наравно, остаје само да се реши питање због чега би Месец на хоризонту изгледао даљи. Рок и Кауфман сматрали су да је то због тога што је простор према хоризонту испуњен, па се на том правцу налази мноштво знакова дубине (перспектива, заклањање једног објекта другим...), а према зениту знакова дубине готово и да нема. Ову хипотезу успели су и да провере тако што су системом огледала пројектовали слику улице ка зениту, где се већ налазио Месец и испитаници су, наравно, опазили да се Месец увећао. Исто тако, када би пројектовали слику неба ка хоризонту (нема знакова дубине), варка би нестала, као на фотографији. Ова група теорија објашњава највећи проценат илузије, око 60 одсто.

Као илустрација идеје о томе да је „већи” Месец уједно и „даљи”, може да послужи још једна појава из психологије опажања - стереограм (слика којом се на два ока пројектују две незнатно различите сцене чиме се ствара утисак тродимензионалности). Усмерите поглед негде између две доње слике, али на такав начин да фокусирате неки удаљени објекат, то јест као да гледате кроз њих. У једном тренутку, када погодите тачну удаљеност фиксације, ове две слике требало би да се стопе у једну на којој ћете видети два Месеца, један ближи и мањи, а други даљи и већи (слика 6).