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45亿年前,月球表面仍然是液体岩浆海洋.科学家认为组成月球的矿物克里普矿物(KREEP)展现了岩浆海洋留下的化学线索.KREEP实际上是科学家称为“不兼容元素”的合成物－－那些无法进入晶体结构的物质被留下,并浮到岩浆的表面.对研究人员来说,KREEP是个方便的线索,来明暸月壳的火山运动历史,并可推测彗星或其他天体撞击的频率和时间.
月壳由多种主要元素组成,包括：铀、钍、钾、氧、硅、镁、铁、钛、钙、铝 及氢.当受到宇宙射线轰击时,每种元素会发射特定的伽玛辐射.有些元素,例如：铀、钍和钾,本身已具放射性,因此能自行发射伽玛射线.但无论成因为何,每种元素发出的伽玛射线均不相同,每种均有独特的谱线特征,而且可用光谱仪测量.
直至现在,人类仍未对月球元素的丰度作出面性的测量.现时太空船的测量只限于月面一部分.例如：1992年伽利略号曾于飞掠月球时测量过元素丰度.[2]
表面地理
月球表面有上万个直径超过1千米的环形山.他们大部分都有上亿年的历史;缺少大気层和气象活动以及缺乏近期地质活动保证了它们大部分永久性的保持原样.
[月球上最大的环形山,也是太阳系内已知最大的,形成了South Pole-Aitken basin. 这环形山位于月球的背面,接近南极的地方,直径约2,240 公里,深13 公里.
那些暗色和较少特征的月球平原叫“月海”,这是由于古代的天文学家认为上面是海洋的缘故.事实上,月海由巨大陨石撞击后从月幔流出并覆盖表面的玄武岩岩浆形成.较浅色的高地叫“月陆”.几乎只有面向地球的月面才有月海,月球背面的月海寥寥可数.天文学家相信这是因为月球的质心比形心更靠近地球所导致的（详请参见月海）.
在月壳上是一层表面呈尘埃状的岩石层,称为月壤,月壤并不是土壤.月壳和月壤在月面的分布并不均匀.月壳的厚度由60公里（月球正面）至100公里（月球背面）不等,月壤则由约5米（月海）至十多米（月陆）.
在2004年,Johns Hopkins University的Ben Bussey博士率领的小组从克莱门汀任务拍摄得来的照片中,发现月球北极Peary crater边沿的4个区域经常受到日照（南极却没有发现类似区域）.这些终年日照区的产生是由于月球的自转轴倾角很小,同样道理,有很多位于两极的陨石坑底经常没有光照.
水的存在
自古以来,彗星和陨星不断地撞击月球.这些物体中的大部分都含有水分.来自阳光的能量将这些大部分的水分分解回组成它的元素,氢和氧.两者通常都会立即飞离月球.但是,有科学家提出假说,认为还有相当含量的水在月球之上,例如在表面或深藏在月壳里.美国克莱门汀任务显示,一些细小的水冰冰块（含水彗星撞击后的碎片）可能藏在永久无日照区域的月壳里未被融化.虽然这些冰块很小,但总水量却可能相当可观（约有1立方公里）
而有些水分子,亦可能在月面弹跳其间掉进陨石坑而藏于其中.由于月球自转轴相对于黄道面法线有1.5度的轻微倾斜,部分极区的陨石坑底部从来没有受阳光照射,处于永久的影子中.克莱门汀任务曾测量月球南极这些陨石坑([3])并绘制成地图([4]) .科学家期望可在此类陨石坑中找到水冰,并开采及利用太阳能电力或核能来电解成氢和氧.月球上可用的水量大大影响了人类在月球上居住的成本,因为从地球运送水（或氢和氧）昂贵得不切实际.
由阿波罗号上的太空人在月球赤道附近收集的岩石并不含任何水分.月球勘探者号或其他近期研究（例如：史密森学会）均没有找到液态水、冰或水蒸汽的直接证据.然而,月球勘探者号的结果指出在永久无日照区有氢,并可能以水冰的形式存在.
磁场
与地球相比,月球的磁场非常弱. 部分地区上的磁场相信是来自月球本身的（例如在Sirsalis月溪上的月壳）,但与其他天体碰撞亦可能令它的磁场改变.而无大气层的天体是否能透过彗星和小行星撞击而获得磁场,是行星科学里一个历久常新的问题.测量月球磁场更可提供月核大小及导电率等资料,对科学家暸解月球起源有很大帮助.若月核比地球含有较多磁性物质（例如：铁）,则月球的撞击起源说便较不可信（不过科学家已从另外一些角度来解释为甚么月核含较小的铁）
大气
月球只有微不足道稀薄的大气. 这些大气的来源之一是除气作用—气体的释放, 例如月球表面的氡气原先就是深藏于月球内部的. 有时,太阳风也会被月球的引力掳获,成为气体的另一重要来源.
据报道，印度“月船一号”携带的美国“矿源绘图仪”环月探测器，能够根据反射的阳光的波长分析出地面的物质成分，这一装置首次在月球表面探测到水分。尽管探测到的只是一点点的水，大概1000 ppm（parts per million），但是这个发现仍然令人惊喜，科学家们说这是阿波罗计划之后最大的发现之一。起初，连研究人员也不相信，为此进行了数个月的深入研究，最终才予以确认。相关研究论文目前已发表在国际权威学术期刊《科学》杂志上. 美国国家航空航天局(NASA)于 2009年6月19日成功发射月球勘测轨道飞行器以及月球坑观测和传感卫星４个多月后，将于今日——10月9日撞击月球南极：美国月球陨坑观测与传感卫星（LCROSS）将连续两次撞击月球，以寻找隐藏在月球最阴暗角落深处的水冰。 如果成功了，就会成为第一架在月球上找到水的探测器。LCROSS撞月准备时间长达三年之久，经过4个月的太空飞行，所有这些努力将产生怎样的结果将在短短4分钟之内一见分晓。 LCROSS的撞击——要撞击到月球南极一个名为Cabeus的陨坑里，这个陨坑常年没有阳光照射，科学家认为这里可能会有存在了几十亿年的水冰。1990年代对月球两极的研究表明这两端的永久阴影区里可能存在1000万至60亿吨的水。LCROSS是第一个专门为了寻找水而撞月的探测器。它的撞击器叫“半人马”，重两吨多，将以9000公里的时速撞到月面上去。估计会撞出一个20米宽、5米深的坑，激起的月球物质预计会有385吨。它的母探测器会用9个仪器对撞击激起的月球物质进行分析，将数据发回地球，然后自己也撞到月球上去。 儿时的时候，老人会给我们讲月亮，讲嫦娥奔月，讲桂花树……于是，美丽的月亮世界就牢牢的铭刻在我们的心中，即使我们都已长大，那月亮依然是我们眼睛中最美丽的花朵，我们凝望月亮，我们的心中自然而然的涌起绿洲、泉水、小兔子、吴刚、嫦娥姐姐、桂花树…… 儿时的幻想随着年龄的成长并不都会消失。当我们凝望月亮的时候，我们常常会羡慕鸟儿，我们希望有鸟儿那样的翅膀，可以飞上月球，可以看到美丽的嫦娥姐姐，可以看到很多的仙人、花鸟虫鱼、奇珍异草……一直到19世纪，人类都以为月球表面是有水的，还有植物，有花草、有我们从来没有见过的动物、有不死的嫦娥姐姐……后来美国阿波罗计划的宇航员登上月球，他们的眼中——月球表面是一个毫无生气的地方，比地球上的沙漠还要荒凉。美国宇航员带回来了381千克的月球岩石，这些岩石比科学家想象的还要干燥。 LCROSS的撞击会不会给我们惊喜？科学家们希望月球有水，是利于科研，著名天文学家赵君亮说，“在月球上建立人类的太空基地，是许多科学家的梦想，也是许多国家探月计划的目标，水的发现鼓舞了人们的信心。月球上的各种能源和特殊环境资源，可以对人类社会可持续发展起到长期稳定的支撑作用。随着科学技术的发展，地月系今后将不仅是一个统一的自然体系，在人类社会可持续发展方面，也将会成为一个统一的整体。” 陆俊元认为，与人类第一次出于冷战目的展开的探月竞争相比，目前正在兴起的第二次探月竞争目标更加现实。 ——各国竞相探月除了谋求战略制高点之外，还包括开发月球资源，在月球上建立未来的战略能源基地、太空工业基地和科学研究基地。一些国家还提前布局谋篇，计划今后在月球上发展能源加工业、生物产业、信息产业、月球媒体娱乐产业、交通运输业和旅游业，甚至开发月球上的房地产业。陆俊元说，“如果把茫茫太空比作浩瀚海洋，那么月球就像大海中的一个岛屿，是人类迈向太空深处的踏脚石，是俯视地球空间的太空战略制高点。进入21世纪以来，各国竞相推出登月或探月计划，不可否认地蕴含着对月球和各种空间的战略考虑。”
人类登上月球当然是要靠运载火箭了。
目前来看月球是没有液态水，但是有些人认为在月球可能存在固态水也就是冰。
人类暂时无法在月球上长期生存，因为月球上被太阳照射面极热，背光面极冷，而且没有人类生存需要的氧气和液态水。
人类登上月球的意义很大，月球作为距离我们最近的星体，对于我们的太空探索能够提供很多有实际意义的资料和经验。
美国航天局13日宣布，该局科学家对月球坑观测和传感卫星获得的撞月数据进行初步分析后确认，月球存在水。
美航天局发表新闻公报说，半人马座火箭、月球坑观测和传感卫星10月9日相继撞击了月球南极附近的凯布斯坑，重约2．2吨的半人马座火箭撞月后激起了两部分尘埃：一部分由蒸汽和微尘组成；另一部分由质量更重的物质组成。月球坑观测和传感卫星携带的光谱仪对尘埃进行了分析。
美航天局负责这一项目的首席科学家安东尼·科拉普雷特表示，初步分析结果提供了多种证据表明，上述两部分尘埃中都存在水的踪迹，“尽管月球上水和其他物质的浓度和分布情况还需进一步分析才能确认，但可以放心地说，凯布斯坑中存在水”。
美国加州大学伯克利分校科学家格雷格·德洛里当天在航天局举行的新闻发布会上说，这是一项“非凡的发现”。他认为，彗星是月球上水的可能来源之一。
科拉普雷特表示，除了水之外，凯布斯坑可能还分布着其他令人感兴趣的物质，科学家们目前正加紧分析撞月数据，力求分析出撞月点的物质分布情况并还原撞月的完整情景。不过，由于撞月数据非常丰富，详细分析这些数据可能需要费些时日。
美国航天局此前曾预计，撞月应该激起高达10公里的尘埃以及长约30秒的闪光现象，但撞月发生后，闪光现象并未如期出现，探测器也未实时传回图像。
月球坑观测和传感卫星与月球勘测轨道飞行器6月18日升空，开始月球探测之旅，这次任务是美国“重返月球”战略计划的第一步。不过，“重返月球”计划目前前途未卜。
美国科学家9月底也曾公布研究结果称，他们对3个航天器搜集到的数据进行分析后发现，月球表面存在水或羟基物质，或者这两种物质同时存在，太阳风可能是其成因。
科学家认为，如果最终能确认月球上存在丰富的水资源，将对人类建立月球基地以及探索更遥远的星球具有重要意义。水不仅是宇航员在月球上的重要生存资源，还是月球基地所需氧气和运载火箭燃料的来源。
PS：这里的水应该是指液态水
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