Selenoloji
Jeolojik tarihi

Ay'ın jeolojik geçmişi kamerî jeolojik zaman cetveli denilen altı ana dönemde tanımlanmıştır. Yaklaşık 4,5 milyar yıl önce yeni şekillenmiş olan Ay erimiş durumda ve Dünya'ya çok daha yakın yörüngede olduğundan gelgit güçlerinin etkisindeydi. Bu gelgit kuvvetleri, ana ekseni Dünya'ya doğru dönmüş hâldeki erimiş bu cismi bir elips şeklinde deforme etti.
Ay'ın jeolojik evriminde ilk önemli olay, neredeyse küresel magma okyanusunun kristalleşmesi oldu. Derinliğinin ne kadar olduğu kesin olarak bilinmiyor, fakat bâzı çalışmalar yaklaşık 500 km veya daha büyük bir derinliği ima eder. Bu okyanusta oluşan ilk mineraller, demir ve magnezyumun silikatleri olan olivin ve piroksen idi. Bu mineraller çevrelerindeki erimiş malzemeden daha yoğun olduğu için battı. Kristalleşme yaklaşık %75 tamamlandıktan sonra daha az yoğun anortositik plajiyoklaz feldspat kristalleşti ve yüzmeye başlayarak yaklaşık 50 km kalınlığında anortositik bir kabuk oluştururdu. Magma okyanusunun çoğunluğu, sona kalan yüksek derecede uyumsuz ve ısı üreten, KREEP açısından zengin magmaların birkaç yüz milyon (ya da belki 1 milyar) yıl boyunca kısmen ergimiş durumda kalmış olmasına rağmen hızlı bir şekilde (yaklaşık 100 milyon yıl veya daha kısa sürede) kristalize oldu. Bu magma okyanusunda KREEP açısından zengin magmaların sonunda tektonik olarak eşsiz jeolojik bir bölge olup artık Procellarum KREEP Arazisi olarak bilinen Oceanus Procellarum bölgesi ve Imbrium havzasında konsantre oldukları anlaşılmaktadır.
Kamerî kabuk oluştuktan kısa bir müddet sonra, hatta oluşmaya devam ederken Mg-suite noritler ve troktolitlere sebep olabilecek muhtelif magma türleri oluşmaya başlamasına rağmen bunun olduğu derinlikler kesin olarak bilinmemektedir. Son teoriler, kökenleri halen bilim dünyasında oldukça tartışılmalı da olsa bu magmaların büyük ölçüde Procellarum KREEP Arazisi bölgesiyle sınırlı ve genetik olarak bir şekilde Mg-suite plütonizmiyle ilişkili olduğunu göstermektedir. Mg-suite kayaçlarının en eskilerinin kristalleşme yaşları 3,85 Gy civarındadır. Fakat kabuğun derinliklerine kazabilecek son büyük çarpış (Imbrium havzası) da 3,85 Gy önce meydana geldi. Böylece Mg-suite plütonik etkinliği çok daha uzun bir süre devam etmesi ve genç plütonik kayaçların yüzeyin altında büyük derinliklerde bulunması muhtemel görünüyor.
Ay numunelerinin analizi, Ay çarpma havzalarının önemli bir yüzdesinin çok kısa bir süre içinde, yaklaşık 4 ve 3,85 Gy önce meydana geldiğini ima eder gibi görünüyor. Bu hipotez, Ay Felaketi veya Geç Dönem Ağır Bombardıman olarak adlandırılır. Fakat şimdi Imbrium darbe havzasından (Ay'daki en genç büyük çarpma havzalarından biri) Apollo iniş yerlerinin hepsinde ejektadan bulunması gerektiği kabul edilmektedir. Bu yüzden bâzı darbe havzaları için (özellikle Mare Nectaris) yanlışlıkla Imbrium'la aynı yaşın verilmiş olması mümkündür.
Ay denizleri (maria) antik akan bazalt patlamalarını göstermektedir. Karasal lavlara göre bunlar, demirce daha zengin olup düşük viskozitelere sahiptirler ve bazıları da bir titanyum açısından zengin olan ilmenitin yüksek derecede arttırılmış şeklini ihtiva eder. Bazı deniz örnekleri 4,2 Gy kadarken ve (krater sayma yöntemine dayalı olarak) en gençleri sadece 1 milyar yıl önce patlak verdiğine inanılırken bazaltik patlamaların büyük çoğunluğu, yaklaşık 3 ila 3,5 Gy önce meydana geldi. Denizlerin volkanizmasıyla birlikte yanardağdan yüzlerce kilometre uzağa erimiş bazalt malzemeleri taşıyan piroklastik patlamalar başladı. Denizlerin büyük bir kısmı, Ay'ın yakın yüzüyle ilişkili düşük yüksekliklerdeki çarpma havzalarını oluşturdu veya içlerine aktı. Fakat Oceanus Procellarum herhangi bir darbe yapısıyla uyuşmaz ve bilinen en aşağı yükseklikler olan ve Ay'ın uzak tarafında bulunan Güney Kutbu-Aitken Havzası da sadece az miktarda denizlerle kaplıdır değildir (daha ayrıntılı bir tartışma için Ay denizlerine bakınız).
Kamerî anomalistik ay boyunca Dünya'nın gelgit değişim stresleri küçük varyasyonlara sebep olsa da meteor ve kuyruklu yıldızların çarpmaları, bugün Ay üzerinde etkili tek ani jeolojik kuvvetlerdir. Ay stratigrafisinde kullanılan en önemli kraterlerden bazıları bu yeni devride şekillenmiştir. Mesela 3,76 km derinlik ve 93 km çapındaki Copernicus kraterinin (tartışmalı olsa da) yaklaşık 900 milyon yıl önce oluştuğu düşünülmektedir. Apollo 17 misyonu, Tycho kraterinden gelen malzemeleri örneklenmiş olabileceği bir alana indi. Yine tartışmalı olmasına rağmen bu kayaçlar üzerinde yapılan çalışmalar, kraterin 100 milyon yıl önce oluşmuş olabileceğine işaret ediyor. Yüzey yüksek enerjili parçacıklar, Güneş rüzgârı implantasyonu ve mikrometeorit etkilerinden dolayı uzay ayrışması yaşadı. Bu süreç, genç kraterlerle ilişkili ışın sistemlerinin çevrenin yüzey aklığı ile uyuşana kadar kararmasına sebep olur. Fakat hüzmenin bileşimi (bir "yayla" hüzmesi deniz üzerine geldiği zaman oluşabileceği gibi) altında yatan kabuk malzemelerinden farklı ise, hüzme çok daha uzun zaman görülebilir.
1990'larda Ay'ın keşifine devam edilmesiyle Ay küresi etrafında Ay'ın soğumasıyla meydana gelmiş uçurumların varlığı keşfedildi.