Geological exploration of the Moon
More details
Hide details
AGH University of Science and Technology, Faculty of Geology, Geophysics and Environment Protection
Submission date: 2022-11-08
Final revision date: 2022-12-04
Acceptance date: 2022-12-05
Publication date: 2022-12-20
Corresponding author
Jacek Misiak   

AGH University of Science and Technology, Faculty of Geology, Geophysics and Environment Protection
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2022;38(4):91–104
The earliest studies of the Moon consisted of observations from Earth and meteorites containing lunar material. As technology progressed, the observations were made using remote sensing techniques. The next stage of the Moon reconnaissance consisted of unmanned flights, and later manned flights, with the help of which, in-situ tests were performed. The obtained materials enable the formulation of conclusions both about the geological structure and the mineral resources of the moon. The latest maps provided by the United States Geological Survey (USGS) and NASA Planetary Data System (PDS) enable a detailed analysis of the geological structure of the moon. Since they are available in shapefile format for QGIS and ArcGIS software, they can be freely modified and processed. On the basis of these, it is possible to analyze the complexity of the geological structure of the moon, especially with regard to the structure of its substrate and the surface covered with craters. Data obtained from the observation of the Moon with the use of research satellites and research carried out during landings related to the collection of samples enabled the formulation of conclusions about the raw materials present there. These raw materials are related to the surface layer of the so-called regolith, the recognition of which is relatively good because it is based not only on remote studies but also on the basis of collected samples. Additionally, there are indications of the possible presence of mineral resources related to the substrate, but its recognition is relatively poor because it is based on remote and geophysical surveys. The presented analysis shows that the Moon has such minerals as rare earth elements (REE) and Th and U found in the KREEP area. Fe and Ti are found to be in basaltic lava flows occurring in the mares and aluminum, silicon and Helium-3 occur in the regolith.
This article was supported by research subvention AGH No
Stan rozpoznania geologicznego i złożowego Księżyca
księżyc, geologia, surowce mineralne
Najstarsze badania Księżyca polegały na jego obserwacjach z Ziemi oraz meteorytów zawierających materiał księżycowy. W miarę postępu technicznego obserwacje odbywały się za pomocą technik teledetekcyjnych. Kolejnym etapem rozpoznania Księżyca były loty początkowo bezzałogowe, a później załogowe, za pomocą których wykonano badania in situ. Pozyskane materiały pozwalają wnioskować zarówno o budowie geologicznej, jak i zasobach mineralnych Księżyca. Najnowsze mapy udostępnione przez United States Geological Survey (USGS) oraz NASA Planetary Data System (PDS) pozwalają na szczegółową analizę budowy geologicznej Księżyca. Ponieważ udostępnione są w formacie shapefile dla oprogramowania QGIS i ArcGIS, można je dowolnie modyfikować i przetwarzać. Na ich podstawie można analizować złożoność budowy geologicznej Księżyca zwłaszcza w odniesieniu do budowy jego podłoża oraz powierzchni pokrytej kraterami. Dane uzyskane z obserwacji Księżyca za pomocą satelitów badawczych oraz badań wykonanych podczas lądowań związanych z poborem próbek, pozwoliły na sformułowanie wniosków o występujących tam surowcach. Surowce te związane są z warstwą powierzchniową tzw. regolitem, którego rozpoznanie jest stosunkowo dobre, ponieważ opiera się nie tylko na badaniach zdalnych, ale i na podstawie pobranych próbek. Istnieją również przesłanki o możliwości występowania surowców mineralnych związanych z podłożem, jednak jego rozpoznanie jest stosunkowo słabe, ponieważ opera się na badaniach zdalnych i geofizycznych. Z przedstawionej analizy wynika, że na Księżycu występują takie surowce mineralne jak pierwiastki ziem rzadkich (REE) oraz Th i U występujące na obszarze KREEP. Fe i Ti występują w bazaltach budujących morza księżycowe oraz aluminium, krzem i hel-3 występują w regolicie.
Baldwin, R.B. 1949. The face of the Moon. Chicago, University of Chicago Press, 239 p.
Baldwin, R.B. 1972. The tsunami model of the origin of ring structures concentric with large lunar craters. Physics of the Earth and Planetary Interiors 5(5), pp. 327–339.
Bills, B.G. and Ferrari, A.J. 1977. Alunar density model consistent with topographical, gravitational, librational, and seismic data. Journal of Geophysical Research 82(8), pp. 1306–1314.
Blair et al. 2002 – Blair, B.R., Diaz, J. and Duke M.B. 2002. Space Resource Economic Analysis Toolkit: The Case for Commercial Lunar Ice Mining. Final Report to the NASA Exploration Team, pp. 78.
Carpanter et al. 2016 – Carpenter, J., Fisackerly, R. and Houdou, B. 2016. Establishing lunar resource viability, Space Policy 37, pp. 52–57, DOI: 10.1016/j.spacepol.2016.07.002.
Cooper et al. 1974 – Cooper, M.R., Kovach, ILL. and Watkins, J.S. 1974. Lunar near-surface structure. Reviews of Geophysics and Space Physics 12(3), pp. 291–308, DOI: 10.1029/RG012i003p00291.
Crawford, I.A., 2015. Lunar resources: A review, Progress in Physical Geography 39(2), pp. 137–167, DOI: 10.1177/0309133314567585.
El-Baz, F. 1975. The Moon after Apollo. Icarus 25(4), pp. 495–537, DOI: 10.1016/0019-1035(75)90033-0.
Fa, W. and Jin, Y.Q. 2007. Quantitative estimation of helium-3 spatial distribution in the lunar regolith layer. Icarus, 190, pp. 15–23, DOI: 10.1016/j.icarus.2007.03.014.
Fegley, B. and Swindle, T.D. 1993. Lunar volatiles: implications for lunar resource utilization. [In:] Lewis, J., Matthews, M.S. and Guerrieri, M.L. (eds) Resources of Near Earth Space. Tucson: Tucson University Press, pp. 367–426.
Fortezzo et al. 2020 – Fortezzo, C.M., Spudis, P.D. and Harrel, S.L. 2020. Release of the Digital Unified Global Geologic Map of the Moon At 1:5,000,000 – Scale. Paper presented at the 51st Lunar and Planetary Science Conference, Lunar and Planetary Institute, Houston, TX. [Online:] https://www.hou.usra.edu/meeti... [Accessed: 2022-11-01].
Hadler et al. 2019 – Handler, K., Martin, D.J.P., Cilliers, J.J., Morse, A., Starr, S., Rasera, J.N., Seweryn, K., Reiss, P. and Meurisse, A. 2019. A universal framework for Space Resource Utilisation (SRU). Planetary and Space Science 182(23), DOI: 10.1016/j.pss.2019.104811.
Heiken et al. 1991 – Heiken, G.H., Vaniman, D.T., French, B.M. 1991. Lunar Sourcebook. Cambridge University Press, pp.778. [Online:] https://ntrs.nasa.gov/api/cita... [Accessed: 2022-11-01].
International Space Exploration Coordination Group 2022 – The Global Exploration Roadmap – Supplement August 2022: Lunar Surface Exploration Scenario Update, ISECG.
Jolliff et al. 2000 – Jolliff, B.L., Gillis, J.J., Haskin, L.A., Korotev, R.L. and Wieczorek, M.A. 2000. Major lunar crustal terranes: Surface expressions and crust‐mantle origins. Journal of Geophysical Research – Planets 105(E2), pp. 4197–4216, DOI: 10.1029/1999JE001103.
Kaula et al. 1973 – Kaula, W.M., Schubert, G., Lingenfelter, R.E., Sjogren, W.L. and Wollenhaupt, W.R. 1973. Lunar topography from Apollo 15 and 16 laser altimetry. Proceedings of the Lunar Science Conference 4, pp. 2811–2819.
Lodders, K. and Fegley, B. 1998 – The Planetary Scientist’s Companion. Oxford: Oxford University Press.
Lucey et al. 1998 – Lucey, P.G., Taylor, G.J. and Hawke, B.R. 1998. FeO and TiO2 concentrations in the South Pole–Aitken basin: implications for mantle composition and basin formation. Journal of Geophysical Research – Planets 103(E2), pp. 3701–3708, DOI: 10.1029/97JE03146.
Mueller, G. 1967. Mineral Deposits on the Moon. Nature 215, pp. 1149–1151.
Neal, C.R. and Taylor, L.A. 1992. Petrogenesis of mare basalts. A record of lunar volcanism. Geochimica et Cosmochimica Acta 56: pp. 2177-2211.
Neukum, G. and Ivanov, B. A. 1994. Crater size distributions and impact probabilities on Earth from lunar, terrestrial – planet, and asteroid cratering data. [In:] Hazard Due to Comets and Asteroids. Univ. of Ariz. Press, Tucson pp. 359–416.
Papike et al. 1998 – Papike, J.J., Ryder, G. and Shearer, C.K. 1998. Lunar samples. Reviews in Mineralogy and Geochemistry 36, pp. 5.1–5.234.
Prettyman et al. 2006 – Prettyman, T.H., Hagerty, J.J., Elphic, R.C., Feldman, W.C., Lawrence, D.J., McKinney, G.W. and Vaniman, D.T. 2006. Elemental composition of the lunar surface: Analysis of gamma-ray spectroscopy data from Lunar Prospector. Journal of Geophysical Research 11(E12), DOI: 10.1029/2005JE002656.
Przylibski et al. 2022 – Przylipski, T.A., Łuszczek, K., Blutstein, K., Szczęśniewicz, M. and Ciapka, D. 2022. Extraterrestrial mining in Poland (Górnictwo pozaziemskie w Polsce). Przegląd Górniczy 3, pp. 17–24 (in Polish).
Shoemaker, E.M. and Hackman, R.J. 1962. The Moon. Academic Press, N.Y., p. 289.
Shoemaker et al. 1967 – Shoemaker, E.M., Batson, R.M., Holt, H.E., Morris, E.C., Rennilson, J.J. and Whitaker, E.A. 1967. Iblevision observations from Surveyor 111/3 of Surveyor 111: A preliminary report: NASA Report SP-146, pp. 9–59.
Shoemaker, E.M. and Morris, E.C. 1970. Geology: Physics of fragmental debris. Icarus 12(2), pp. 188–212.
Stoeser et al. 2010 – Stoeser, D., Wilson, S. and Rickman, D. 2010. Design and specifications for the highland regolith prototype simulants NU-LHT-1M and -2M. NASA Technical Report TM-2010-216438.
Stӧffler, D. and Ryder, G. 2001. Stratigraphy and isotope ages of lunar geologic units: Chronological standard for the inner solar system. Space Science Reviews 96(1/4), pp. 9–54, DOI: 10.1023/A:1011937020193.
Toksoz et al. 1974 – Toksoz, M.N., Dainty, A.M., Solomon, S.C. and Anderson, K.R., 1974. Structure of the Moon. Reviews of Geophysics and Space Physics 12(4), pp. 539–567.
van Gasselt, S. and Neukum, G. 2011. Chronology, Cratering and Stratography. [In:] Encyclopedia of Astrobiology. Springer, Berlin, Heidelberg, DOI: 10.1007/978-3-642-11274-4_294.
Wachowicz et al. 2019 – Wachowicz, M.E., Frąk, P., Węgłowski, A., Burdzy, Z., Bachtin, R., Bankiewicz, J. and Gołąbek, W. 2019. Space Mining Challenges: Expertise of the Polish Entities and International Perspective on Future Exploration Missions. [In:] Sasiadek, J. (eds) Aerospace Robotics III. GeoPlanet: Earth and Planetary Sciences. Springer, pp. 212, DOI: 10.1007/978-3-319-94517-0_10.
Warren, P.H. and Wasson J.T. 1979. The origin of KREEP. Reviews of Geophysics and Space Physics 17, pp. 73–88.
Wilhelms, D.E. 1987. The geologic history of the Moon. U.S. Geol. Surv. Prof. Pap., 302 pp., DOI: 10.3133/pp1348.
Wiśniewski et al. 2022 – Wiśniewski, Ł., Wasilewski, G., Kędziora, B. and Grygorczuk, J. 2022. Wybrane właściwości regolitu i ich istotny wpływ na realizację misji eksploracyjnych (Wybrane właściwości regolitu i ich istotny wpływ na realizację misji eksploracyjnych). Acta Societatis Metheoriticae Polonorum 13, pp. 107–119 (in Polish).
Yamashita et al. 2010 – Yamashita, N., Hasebe, N., Reedy, R.C., Kobayashi, S., Karouji, Y., Hareyama, M., Shibamura, E., Kobayashi, M.N., Okudaira, O., D’Uston, C., Gasnault, O., Forni, O. and Kim, K.J. 2010. Uranium on the Moon: Global distribution and U/Th ratio. Geophysical Research Letters 37(10), L10201, DOI: 10.1029/2010GL043061.