月の地質
月の地表は、数十億年に及び大小様々な小惑星や彗星の衝突に晒されている。年月を経るうちに、これらの衝突は、地表の物質を粉砕して耕し(gardening)、レゴリスと呼ばれるきめの細かい粒子からなる層を作る。レゴリス層の厚さは、若い海の下の約2mから古い高地の下の約20mまで様々である。レゴリスの大部分は、その地域で見られる鉱物であるが、痕跡量程度の遠くの衝突クレーターからの放出物も含む。「メガレゴリス」という用語は、表面近くのレゴリスの層の直下にある破砕岩盤を指す。
レゴリスには、元々の岩盤の鉱物と衝突の際にできたガラス質が含まれる。月のレゴリスのほとんどでは、粒子の半分は、アグルチネートと呼ばれる、ガラスの粒子と融合した鉱物粒子の破片である。レゴリスの化学組成は、場所によって異なる。高地のレゴリスはアルミニウムとシリカに富み、高地の岩石に近い。海のレゴリスは鉄とマグネシウムが豊富でシリカに乏しく、玄武岩に近い。
月のレゴリスは、太陽の歴史を知るうえで有用である。太陽風を構成する原子(ほとんどはヘリウム、ネオン、炭素、窒素)は月の表面と衝突し、鉱物の中に挿入される。レゴリスの組成、特に同位体組成を分析することで、太陽活動の変化を探ることができる。また、太陽風由来の揮発性物質は、将来の月基地にとって非常に有用であると考えられており、酸素、水素、窒素、炭素は生命維持活動において重要であるだけでなく、燃料の材料としても使うことができる。
長いタイムスケールでは、時間の経過に伴って、クレーターの大きさは小さくなってきている。特に、最大の衝突盆地は、月の形成初期に作られたものであり、小さなクレーターが連続的に重畳している。クレーターサイズの頻度分布は、おおよそ冪乗則に従う。この曲線は、その地点の年代を推測するのに用いられる。
新しい衝突クレーターは、鋭い端を持つ等、くっきりした構造をしている。小さいクレーターはボウルのような形であるのに対し、大きいクレーターは、平らな広い床の中央に頂を持つ形をしている。一般的に、より大きいクレーターは、内壁が急激に下降し、棚状になる。最大級の衝突盆地では、二次的な物質の上昇に伴う同心円状の環を持つものもある。
衝突により、アルベドの高い物質が掘り出され、クレーター、噴出物、光条は見かけが明るくなるが、宇宙風化作用によって徐々にアルベドは低下し、例えば光条も暗くなる。クレーターや噴出物も、流星塵や小物体の衝突によって徐々に侵食され、この過程でクレーターは弱化し丸くなる。また、クレーターは他の衝突の噴出物によって覆われ、埋没することもある。
大きな衝突では、放出物に大きな岩塊も含まれ、これらが表面に再衝突して二次的な衝突クレーターを形成することもある。このようなクレーターは、明確に認められる放射構造を持つことがあり、一般的に同じ程度の大きさの一次クレーターよりも浅い。
現在の月の内部構造のモデルは、アポロ計画によって月面に残されてきた地震計のデータと月の重力場や自転の研究に依っている。
月の質量は、内部の空隙を除去するのに十分な大きさであり、そのため月の内部全体が固体で構成されていると考えられている。全密度の小ささ(~3346 kg/m)は、金属量が小さいことを示している。また、質量と慣性モーメントの値は、月の核が半径約450km以下であることを示している。さらに月の秤動の研究からは、核はいまだに溶融している状態であることが示されている。ほとんどの惑星や衛星は、半径の半分程度の鉄の核を持つのに対し、月の核は半径のわずか4分の1に過ぎず、極端に小さい。
月の地殻は平均約50kmの厚さ(±15kmの不確実さがある)で、月の裏では月の表よりも15kmほど厚いと考えられている。
アポロ計画では、381.7 kgの月地表の物質が地球に持ち帰られ、その大部分はヒューストンの月試料研究所(Lunar Receiving Laboratory)で管理されている。また、ソビエト連邦の無人月探査であるルナ計画でも0.3 kgの月の物質が持ち帰られている。これらの月試料は、月の地質学的進化を読み解く上で、計り知れないほど貴重なものである。月の岩石の大部分は、カンラン石、輝石、斜長石等の地球で普通に見られるのと同じ鉱物でできている。斜長石はほとんどが月の地殻で見られたのに対し、輝石やカンラン石はマントルで見られるという二面性を持つ。イルメナイトは、海の玄武岩に多く含まれている。また、アーマルコライトは、アポロ11号で月を訪れたニール・アームストロング、エドウィン・オルドリン、マイケル・コリンズの3人の名前に因む鉱物で、月のサンプルの中から初めて発見された。
月の海は、大部分が玄武岩でできているが、高地は鉄が少なく、主にカルシウムの多い斜長石でできている。地殻を構成するもう一つの主要な成分は、マグネシウムに富む火成岩であるノーライトやトロクトライト、KREEPを含む玄武岩等である。これらの岩石は、KREEPの生成に関連してできたと考えられている。
月表面の複合岩は、しばしば角礫岩として見られ、形成の過程によって破砕角礫岩、粒状角礫岩、衝突融解角礫岩に細分される。有色鉱物である衝突融解によって生じた角礫岩は、low-K Fra Mauro組成を持ち、地殻上層の斜長石と比べて鉄、マグネシウム、KREEPの割合が多い。