1959年10月4日，“月球3号”探测器发射升空，开始飞往月球。此次，它前往月球的主要任务是揭开月球背面的神秘面纱。

　　“月球3号”与之前月球1号、月球2号两个探测器大不相同，比它们更重，并且设计更加巧妙。采用圆柱形的外形，首次携带了两台焦距不同的照相机，而且还使用了太阳能电池，同时采用了气体喷嘴控制姿态。

　　为了完成既定任务，科研人员对发射时间和飞行轨道做了精心安排，没有直接快速飞向月球，而是在经过较长时间的飞行之后缓慢地绕到月球背面，在距离月球大约7000米处经过。当它绕过月球背面时，在地球上看到的是“新月”，太阳恰好在“月球3号”背面，照亮了远离地球一侧的月面，使得“月球3号”拍摄了人类不曾看到的月球背面图片。

　　在通过月球背面的40分钟之内，两个光学相机拍摄了29张照片，其中17张照片在飞行途中完成自动冲印，然后通过电视扫面转换成电视信号，再通过无线通讯装置传送回地面，虽然最后得到的照片分辨率很低，而且只覆盖了月球背面70%的区域，但是却记录了人类对月球背面你的第一次观察，展现了人类以前从未看到过的景象。

　　通过分析“月球3号”传回的月球背面图片表明，月球背面主要是高地和山脉，大面积的月海只有两个，在照片上显示为两个黑暗的月球表面阴暗区。而且，背面的颜色相较于正面稍红一些。

　　这一结果大大加强了人们探测月球的兴趣，1966年，美国“月球太空船”同样拍摄到月球背面的照片，使得人们能够看清月面上的那些错落、形状不一的圆丘。

　　随着对月球背面的不断探测，如今，科学家已经绘制成功一副比较详细的月球背面图，并按照国际规定给那些背面的山和“海”进行了命名。