Проходит меньше месяца, и вблизи Луны — автоматическая станция «Луна-3». Оптическая система станции хорошо просматривает обратную сторону Луны, скрытую до сих пор от земных наблюдателей. Съемка ведется длиннофокусным и короткофокусным объективами на специальную 73-миллиметровую пленку. Таким образом фототелевизионная система станции «Луна-3» сфотографировала почти половину поверхности лунного шара: одна треть находилась в краевой зоне, видимой с Земли, а две трети — на невидимой.

Впервые была осуществлена и телевизионная передача изображений с расстояний в сотни тысяч километров. Советские ученые тщательно проанализировали полученные фотографии обратной стороны Луны и по праву первооткрывателей дали названия лунным «морям», «заливам», кратерам. С тех пор на всех глобусах Луны зафиксированы и «Море Мечты», и «Море Москвы», и «Кратер Циолковского».

Скрытая от людей обратная сторона Луны оказалась и похожей и непохожей на известную ранее сторону. На ней преобладает материковый щит с повышенной плотностью кратеров и отсутствуют обширные «морские» районы, характерные для видимой стороны Луны.

После полета станции «Луна-3» остался еще несфотографированным сегмент, оказавшийся вне поля достижения фотообъективов. Эту часть Луны сфотографирована станция «Зонд-3» в 1965 году, что позволило нашим ученым разработать первый глобус Луны.