1、月球大氣層的成分及其來源，大氣組分的運(yùn)動規(guī)律及其演化過程
月球形成時可能存在稀薄的原始大氣層，月球早期巖漿與火山活動必然釋放出大量火山氣體，但這些氣體早已逃逸殆盡，沒有留下可供追索的痕跡。現(xiàn)今月球極稀薄的大氣層主要由氖、氫、氦、氬等氣體組成，推測其可能主要來源于太陽風(fēng)，但月球大氣層中的氣體分子的精確組成、月球白晝與黑夜期間氣體分子被月壤吸附或釋放的過程與機(jī)理，月球大氣層的演化過程等問題，至今仍然模糊不清。
2、月球的電離層
現(xiàn)有的月球探測資料證明，31億年前月球曾經(jīng)有過全球性偶極磁場，月球早期可能存在過比現(xiàn)今更為稠密的大氣層，因而可能曾經(jīng)有過電離層的發(fā)育；但隨著月球全球性偶極磁場的消失和大氣分子的逃逸，月球全球性電離層或局部區(qū)域電離層是否存在，尚有待新的探測結(jié)果來證實(shí)。
3、月球地形地貌的類型與成因
月球的地形地貌類型主要包括月海、高地與撞擊坑。為什么絕大多數(shù)月海分布在月球正面(面向地球的一面)，而月球背面卻以高地為主，月海分布很少？月球上存在著古代火山口及構(gòu)造盆地三種不同成因的環(huán)形構(gòu)造，但從遙感影像上難以區(qū)分與鑒別，因此只能統(tǒng)稱為撞擊坑，這一問題還有待澄清。月球上撞擊坑的大小與密度隨月球演化的歷史進(jìn)程而減小，是否說明太陽系小天體的數(shù)量和小天體撞擊行星的頻率隨時間而變小？這一問題也有待回答。
4、地月空間環(huán)境與月表環(huán)境
太陽活動與銀河宇宙線通量、能量的變化直接影響了地月空間環(huán)境的變化，由于探測數(shù)據(jù)不足，對地月空間環(huán)境難以取得規(guī)律性認(rèn)識。而月表環(huán)境受太陽活動、宇宙射線、晝夜溫差、月球表面地形地貌、月壤和月球巖石的物理化學(xué)性質(zhì)與分布、內(nèi)部物理場等諸多因素的影響，不同區(qū)域的差異性極大，需要進(jìn)行多種區(qū)域環(huán)境探測的資料積累。
5、月壤的物質(zhì)來源、分布特征與形成過程
一般認(rèn)為，月壤起源于就地巖石粉碎和外來濺射物的混合，月壤形成的主要動力包括：月球巖石受溫差變化熱脹冷縮破碎，受撞擊粉碎濺射，以及宇宙射線、太陽輻射和太陽風(fēng)粒子的長期注入。月壤中的各種組分具有不同的來源和成因，不同地區(qū)的月壤在物質(zhì)組成的物理化學(xué)的性質(zhì)上差異性極大，這些需要進(jìn)行系統(tǒng)的探測與積累。
月壤的成熟度與顆粒直徑、物質(zhì)成分和月壤厚度存在一定的相關(guān)性，月壤成熟度的判定指標(biāo)尚存在爭議。月壤吸附太陽風(fēng)粒子的機(jī)制和效應(yīng)，特別是不同礦物吸附太陽風(fēng)粒子的能力差異的內(nèi)在機(jī)制尚不清晰，太陽風(fēng)組分在月壤顆粒中的賦存狀態(tài)還缺乏精細(xì)研究。
6、月球的主要巖石類型與分布
月球的主要巖石類型僅僅是根據(jù)月球正面9個采樣點(diǎn)獲得的樣品和月球隕石的精細(xì)研究而確定的，各種巖石類型的分布是根據(jù)地形地貌、礦物、化學(xué)成分的遙感探測資料的反演而推測的，存在一定的多解性，月球上是否存在酸性巖漿巖仍存在疑問。
7、月球水冰之謎
1994年，克萊門汀號月球探測器使用雙基地雷達(dá)對月球進(jìn)行了探測，根據(jù)雷達(dá)波反射的數(shù)據(jù)，估計月球極區(qū)的撞擊坑(處于太陽照射不到的永久陰影區(qū))中可能存在水冰。1998年，月球勘探者號探測器使用中子譜儀，也對該地區(qū)進(jìn)行了探測，為了進(jìn)一步證實(shí)水冰是否存在，當(dāng)月球勘探者號完成基本探測任務(wù)后，美國國家航空航天局發(fā)布指令讓它撞擊在可能含有水冰的地區(qū)。如果這個地區(qū)確實(shí)含有大量的水冰，則當(dāng)月球勘探者號撞擊之后的瞬間，將會產(chǎn)生大量的水蒸氣；但是，通過在地面觀測站和太空衛(wèi)星觀測，都沒有觀測到這種現(xiàn)象，因此，月球極區(qū)是否有水冰，目前還是一個謎。
如果月球上真的存在水冰，那么，水冰來自哪里，如何在極區(qū)的永久陰影區(qū)中富集并保存下來，月球上的水冰有沒有開發(fā)利用前景，能否解決未來月球基地的水資源需求？這些問題的分歧和爭議還很多，目前尚無定論。
8、月球的大地構(gòu)造區(qū)劃
目前，人類對月球地質(zhì)構(gòu)造的認(rèn)識完全是基于全月球的小比例尺遙感影像的解譯，因而存在難以確定的多解性。關(guān)于月球地體單元的劃分，也僅僅是依據(jù)某些化學(xué)元素的遙感探測并結(jié)合少量樣品的精細(xì)研究而做出的推測。因此，關(guān)于月球的大地構(gòu)造區(qū)劃、地體單元的厘定、斷裂與環(huán)形構(gòu)造原分布等，仍然缺乏實(shí)地的驗(yàn)證。
至于月球的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造研究，目前幾乎還是空白，僅有月球正面的個別區(qū)域，根據(jù)月表遙感影象進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造的初步分析。
9、月球內(nèi)部層圈結(jié)構(gòu)與形成過程
根據(jù)月震波和小天體撞擊產(chǎn)生的彈性波在月球內(nèi)部傳播速度的變化，月球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與地球和其他類地行星相似，可以劃分出月殼、月幔與月核，對于月殼的特質(zhì)成分、巖石類型與物理性質(zhì)判斷有比較充分的科學(xué)依據(jù)，而對于月幔與月核的礦物組成、化學(xué)成分、熱狀態(tài)與物理特征的描述，目前推測與地球的地幔和地核相似，但仍然缺少嚴(yán)密的科學(xué)論證。
至于月球內(nèi)部層圈結(jié)構(gòu)的成因，基本上是用地球?qū)尤Y(jié)構(gòu)成因的模型，帶有較大的不確定性，尚缺乏月球內(nèi)部層圈結(jié)構(gòu)的成因模型。
10、月球內(nèi)部物質(zhì)分布的不均一性
月球內(nèi)部物質(zhì)分布不均一性的研究主要是依據(jù)月球勘探者號探測器軌道的精確測定數(shù)據(jù)和Apollo月球地震臺站對月震產(chǎn)生的彈性波傳播速度的記錄數(shù)據(jù)、反演重力場模型和內(nèi)部物質(zhì)分布的不均一性，證明月球內(nèi)部物質(zhì)分布極不均一，發(fā)育著多個重力異常區(qū)——質(zhì)量瘤。質(zhì)量瘤的大小、分布、物質(zhì)組成與成因仍然眾說紛糾。
11、月球內(nèi)部能源與月球物質(zhì)的演化
月球和行星的內(nèi)部能源以及隨時間的衰減、傳導(dǎo)和分配是制約月球的行星演化的的動力。根據(jù)組成月球的初始物質(zhì)和放射性元素豐度的模型，可以推測出月球的熱演化歷史。據(jù)推測，月球形成初期曾發(fā)生過巖漿洋事件，形成廣泛分布的斜長巖；相繼發(fā)生了廣泛的月海玄武巖噴發(fā)。由于月球內(nèi)部能源衰減的速度較快，內(nèi)部冷卻固化，巖漿難以持續(xù)分異演化，因而自31億年以來，月球的巖漿活動、火山活動和構(gòu)造運(yùn)動趨于平和與寧靜，月球內(nèi)部能源的衰減、熱平衡與內(nèi)部物質(zhì)的演化至今還沒有建立定量的演化模型。
12、月球演化的重大事件
人類對地球進(jìn)行過全面、深入、系統(tǒng)的研究，但對于地球演化的重大事件至今仍然難以精細(xì)確定，對每一重大事件的起因和對地球演化進(jìn)程的作用與影響，仍然爭論不息。
月球演化重大事件的研究是建立月球演化歷史的關(guān)鍵,而其與地月系的軌道演化、月球內(nèi)部層圈結(jié)構(gòu)的形成與內(nèi)部物質(zhì)的分異調(diào)整、內(nèi)部物理場的形成與演變、月球空間環(huán)境變化、內(nèi)部能量的積累、傳輸與平衡的內(nèi)在聯(lián)系，仍然很不清晰。(來源：《月球科學(xué)概論》）
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