Химический состав поверхностных лунных пород «морей» и «материков» весьма сходен, однако в горной области зарегистрировано «Сервейером-7» заметно меньшее содержание железа.
Большой интерес представляют химические анализы образцов лунного грунта, доставленных из различных районов Луны в земные лаборатории пилотируемыми кораблями «Аполлон» и автоматическими научными станциями «Луна-16» и «Луна-20», а также химический анализ грунта, выполненный «Луноходом-1» непосредственно на Луне.
Оказалось, что в наружных лунных породах содержится значительное количество таких редких на Земле элементов, как хром, титан, цирконий; сравнительно мало легкоплавких элементов – свинца, висмута, натрия, калия, в ничтожном количестве имеются золото и серебро. Кислород составляет около половины весового состава грунта Луны; вода обнаружена в очень незначительном количестве лишь в двух образцах (доставленных экипажем «Аполлона-11»).
Содержание металлов (находящих широкое промышленное применение), например, в месте посадки корабля «Аполлон-11», следующее (в весовых процентах): железа – 12 – 16, титана – 4,2 – 7,5, алюминия – 4,1 – 6,9. магния – 3,9 – 5,7; концентрация радиоактивных элементов составляет: урана – 0,6-10-6 граммов на грамм, тория – 2,5-10-6 граммов на грамм, изотопа калия К40 (в пересчете по относительному содержанию в земных породах) – 2,4-10-7 граммов на грамм.
Обнаружено несколько новых минералов, не имеющихся на Земле; один из них (arnalcolite) содержит повышенное количество железа, магния, титана; другой имеет урана больше, чем земные минералы, и более высокий процент содержания железа, титана, циркония и кремния.
Возраст образцов лунного грунта оказался весьма значительным: у самого древнего образца он достигает 4,6 миллиарда лет (на Земле пока что обнаружены породы, возраст которых не превышает 4,5 миллиарда лет).
Химический состав наружных слоев лунных пород, доставленных из трех различных районов Луны, характеризуется нижеследующей таблицей (содержание окислов дано в весовых процентах).
Измерения удельной теплоемкости и теплопроводности лунного грунта (проведенные на образцах, привезенных станцией «Луна-16») показали, что теплоемкость лунного грунта не зависит от плотности засыпки и в среднем близка к удельной теплоемкости пород Земли, а теплопроводность крайне мала; лунный грунт имеет высокую способность к электризации.
Исследование химического состава лунного грунта в различных участках лунной поверхности было с высокой эффективностью продолжено самоходным аппаратом «Луноход-1». Химический анализ образцов лунного грунта, привезенного станцией «Луна-20», позволил определить содержание в нем более семидесяти элементов; в сравнении с грунтом «морских» районов отмечено меньшее содержание железа, ванадия, марганца, титана и большее – алюминия и кальция.
При передвижении по лунной поверхности осуществляется непрерывный контроль характера местности с помощью телевизионных камер и физико-механических характеристик лунного грунта посредством конусно-лопастного штампа. Это дает возможность выбирать для химического анализа и передачи панорам лунного рельефа как разнородные по характеру и строению участки Луны, так и необычные по виду лунные образования.
В состав научного оборудования «Лунохода-1» входит специальный прибор РИФМА (для осуществления рентгеновского изотопного флуоресцентного метода анализа). Прибор имеет возможность автоматически проводить определение химического состава лунного грунта в сложных температурных условиях и при воздействии космических факторов.
Прибор работает следующим образом. Источник рентгеновского облучения вызывает ионизацию различных элементов, входящих в состав лунного грунта. Возникающее при этом (вторичное) ответное излучение соответствует определенным химическим элементам: измеряя энергию этого излучения, можно найти содержание различных элементов в исследуемой лунной породе. Регистрация вторичного излучения (ответных рентгеновских квантов) производится пропорциональными счетчиками, которые оборудованы характеристическими фильтрами, дающими возможность оценить также и концентрацию элементов в лунном грунте.
За период своего многомесячного функционирования на Луне прибор РИФМА исследовал химический состав лунных пород на участках молодых (сотни миллионов лет) и старых (миллиарды лет) кратеров, а также на участках лунной поверхности, нарушенных и ненарушенных разворотом лунохода. Особый интерес представляет тот факт, что лунные породы в Море Дождей (место посадки стации «Луна-17») находятся в области одного из самых больших масконов, т. е. на участке с повышенной плотностью глубинных пород. Здесь обнаружены железо, титан, магний, кремний, алюминий и другие элементы.