I terreni lunari sono derivati da rocce lunari, ma hanno un carattere distintivo. Rappresentano il risultato finale del bombardamento micrometeoroide e degli ambienti termici, particolati e radiazioni della Luna. Nell’antico passato il flusso di corpi impattanti, alcuni dei quali erano piuttosto grandi, girava—o “gardened”—la superficie lunare ad una profondità che è sconosciuta, ma potrebbe essere stato fino a decine di chilometri. Man mano che la frequenza dei grandi impatti diminuiva, la profondità del giardinaggio diventava meno profonda. Si stima che il centimetro superiore della superficie in un particolare sito abbia attualmente una probabilità del 50% di essere girato ogni milione di anni, mentre durante lo stesso periodo il millimetro superiore viene girato alcune decine di volte e il decimo più esterno di un millimetro viene gardened centinaia di volte. Un risultato di questo processo è la presenza nel terreno di una grande frazione di particelle vetrose che formano agglutinati, aggregati di frammenti di terreno lunare incastonati in un cemento vetroso. La frazione agglutinata è una misura della maturità del suolo—cioè, di quanto tempo un campione particolare è stato esposto alla pioggia continua di impatti minuscoli.

Sebbene le proprietà chimiche e mineralogiche delle particelle del suolo mostrino che sono derivate da rocce lunari native, contengono anche piccole quantità di ferro meteoritico e altri materiali provenienti da corpi impattanti. Ci si aspetterebbe che le sostanze volatili provenienti dalle comete, come i composti del carbonio e l’acqua, siano per lo più sospinte dal calore generato dall’impatto, ma le piccole quantità di carbonio presenti nei terreni lunari potrebbero includere atomi di origine cometaria.

Una proprietà affascinante e scientificamente importante dei terreni lunari è l’impianto di particelle di vento solare. Senza ostacoli da effetti atmosferici o elettromagnetici, protoni, elettroni e atomi arrivano a velocità di centinaia di chilometri al secondo e vengono spinti nelle superfici più esterne dei grani del suolo. I terreni lunari contengono quindi una raccolta di materiale dal Sole. A causa della loro storia di giardinaggio, i terreni ottenuti da diverse profondità sono stati esposti al vento solare in superficie in momenti diversi e quindi possono rivelare alcuni aspetti del comportamento solare antico. Oltre al suo interesse scientifico, questo fenomeno di impianto può avere implicazioni per l’abitazione umana a lungo termine della Luna in futuro, come discusso nella sezione Lunar resources di seguito.

Le proprietà chimiche e minerali delle rocce e dei terreni lunari contengono indizi sulla storia della Luna e lo studio dei campioni lunari è diventato un vasto campo della scienza. Ad oggi, gli scienziati hanno ottenuto materiale lunare da tre fonti: sei missioni di sbarco sulla Luna Apollo degli Stati Uniti (1969-72), che collettivamente hanno riportato quasi 382 kg (842 libbre) di campioni; tre missioni di campionamento automatico Luna sovietica (1970-76), che ha restituito circa 300 grammi (0,66 libbre) di materiale; e spedizioni scientifiche in Antartide, che hanno raccolto meteoriti sui campi di ghiaccio dal 1969. Alcuni di questi meteoriti sono rocce che sono state fatte saltare fuori dalla Luna da impatti, trovato la loro strada verso la Terra, e sono stati confermati come lunari in origine dal confronto con i campioni restituiti da veicoli spaziali.

I costituenti minerali di una roccia riflettono la sua composizione chimica e la sua storia termica. Strutture di roccia—cioè., le forme e le dimensioni dei grani minerali e la natura delle loro interfacce-forniscono indizi sulle condizioni in cui la roccia raffreddata e solidificata da una fusione. I minerali più comuni nelle rocce lunari sono silicati (tra cui pirosseno, olivina e feldspato) e ossidi (tra cui ilmenite, spinello e un minerale scoperto nelle rocce raccolte dagli astronauti dell’Apollo 11 e chiamato armalcolite, una parola ricavata dalle prime lettere dei cognomi degli astronauti—Armstrong, Aldrin e Collins). Le proprietà dei minerali lunari riflettono le molte differenze tra la storia della Luna e quella della Terra. Le rocce lunari sembrano essersi formate in assenza quasi totale di acqua. Molti costituenti minerali minori nelle rocce lunari riflettono la storia della formazione del mantello e della crosta lunare (vedi la sezione Origine ed evoluzione sotto), e confermano l’ipotesi che la maggior parte delle rocce ora trovate sulla superficie lunare si sia formata in condizioni di riduzione, cioè quelle in cui l’ossigeno era scarso.