De geschiedenis van het Earth-moon-systeem blijft mysterieus. Wetenschappers geloven dat het systeem werd gevormd toen een lichaam ter grootte van Mars in botsing kwam met de proto-aarde. De aarde werd uiteindelijk de grotere dochter van deze botsing en behield genoeg warmte om tektonisch actief te worden. De maan, kleiner zijn, waarschijnlijk sneller afgekoeld en geologisch bevroor. De schijnbare vroege dynamiek van de maan daagt dit idee uit.

Nieuwe gegevens suggereren dat dit komt omdat radioactieve elementen op unieke wijze werden verspreid na de catastrofale maanvormende botsing. de maan van de aarde, samen met de zon, is een dominant object aan de hemel en biedt veel waarneembare kenmerken die bewijs leveren over hoe de planeet en het zonnestelsel zijn gevormd. De meeste planeten in het zonnestelsel hebben satellieten. Bijvoorbeeld, Mars heeft twee manen, Jupiter heeft 79 en Neptunus heeft 14. Sommige manen zijn ijzig, sommige zijn rotsachtig, sommige zijn nog steeds geologisch actief en sommige relatief inactief. Hoe planeten aan hun satellieten kwamen en waarom ze de eigenschappen hebben die ze hebben, zijn vragen die licht kunnen werpen op vele aspecten van de evolutie van het vroege zonnestelsel.

De maan is een relatief koud rotslichaam met een beperkte hoeveelheid water en weinig tektonische verwerking. Wetenschappers geloven momenteel dat het aarde-maansysteem werd gevormd toen een lichaam ter grootte van Mars genaamd Theia - die in de Griekse mythologie de moeder was van Selene, de godin van de maan - catastrofaal in botsing gekomen met de proto-aarde, waardoor de componenten van beide lichamen vermengen.

Men denkt dat het puin van deze botsing snel is gescheiden om de aarde en de maan te vormen, misschien over een paar miljoen jaar. De aarde werd uiteindelijk groter, en zijn grootte was precies goed om een ​​dynamische planeet te worden met een atmosfeer en oceanen. De maan van de aarde werd uiteindelijk kleiner en had niet voldoende massa om deze kenmerken te herbergen. Dus, dankzij de dynamiek van de botsing die het aarde-maansysteem vormde, De aarde vertoont eigenaardigheden zoals het vasthouden van vluchtige stoffen zoals water of de gassen die de atmosfeer vormen, en voldoende interne warmte hebben om planetair vulkanisme en tektoniek op lange termijn in stand te houden. Decennia van waarnemingen hebben aangetoond dat de maangeschiedenis veel dynamischer was dan verwacht, met vulkanische en magnetische activiteit die nog maar 1 miljard jaar geleden plaatsvond, veel later dan verwacht.

Een aanwijzing waarom de nabije en verre kant van de maan zo verschillend zijn, komt van de sterke asymmetrie die waarneembaar is in de oppervlaktekenmerken. Op de eeuwig naar de aarde gerichte zijde van de maan, donkere en lichte vlekken zijn met het blote oog waarneembaar. Vroege astronomen noemden deze donkere gebieden 'maria, " Latijn voor 'zeeën, " denkend dat ze watermassa's waren naar analogie met de aarde. Met behulp van telescopen, wetenschappers kwamen er meer dan een eeuw geleden achter dat dit in feite geen zeeën waren, maar waarschijnlijker kraters of vulkanische kenmerken.

Vroeger, de meeste wetenschappers namen de andere kant van de maan aan, die ze nooit hadden kunnen zien, was min of meer als de nabije kant.

Echter, omdat de maan relatief dicht bij de aarde staat, slechts ongeveer 380, 000 km afstand, de maan was het eerste lichaam van het zonnestelsel dat mensen konden verkennen, eerst met niet-bemande ruimtevaartuigen en vervolgens bemande missies. Eind jaren vijftig en begin jaren zestig niet-bemande ruimtesondes gelanceerd door de USSR leverden de eerste beelden van de andere kant van de maan op, en wetenschappers waren verrast om te ontdekken dat de twee kanten heel verschillend waren. De andere kant had bijna geen maria. Slechts 1% van de andere kant was bedekt met maria, vergeleken met ~ 31% voor de andere kant. Wetenschappers waren verbaasd, maar ze vermoedden dat deze asymmetrie aanwijzingen bood over hoe de maan werd gevormd.

Eind jaren zestig en begin jaren zeventig NASA's Apollo-missies landden zes ruimtevaartuigen op de maan, en astronauten brachten 382 kg maanstenen mee om te proberen de oorsprong van de maan te begrijpen met behulp van chemische analyse. Monsters in de hand hebben, wetenschappers kwamen er snel achter dat de relatieve duisternis van deze plekken te wijten was aan hun geologische samenstelling, en ze waren, in feite, toe te schrijven aan vulkanisme. Ze identificeerden ook een nieuw type rotssignatuur dat ze KREEP noemden - een afkorting voor rots verrijkt met kalium (chemisch symbool K), zeldzame aardelementen (REE, waaronder cerium, dysprosium, erbium, europium, en andere elementen die zeldzaam zijn op aarde) en fosfor (chemisch symbool P), die werd geassocieerd met de maria. Maar waarom vulkanisme en deze KREEP-signatuur zo ongelijk verdeeld moeten zijn tussen de nabije en verre zijden van de maan, was een raadsel.

Nutsvoorzieningen, een combinatie van observatie, laboratoriumexperimenten en computermodellering, wetenschappers van het Earth‐Life Science Institute van het Tokyo Institute of Technology, de Universiteit van Florida, het Carnegie Instituut voor Wetenschap, Towson-universiteit, NASA Johnson Space Center en de Universiteit van New Mexico hebben nieuwe aanwijzingen ontdekt over hoe de maan zijn asymmetrie van dichtbij en veraf kreeg. Deze aanwijzingen zijn gekoppeld aan een belangrijke eigenschap van KREEP.

Kalium (K), thorium (Th) en uranium (U) zijn radioactief onstabiele elementen. Dit betekent dat ze voorkomen in verschillende atomaire configuraties met variabele aantallen neutronen. Deze atomen met variabele samenstelling staan ​​bekend als isotopen, waarvan sommige onstabiel zijn en uit elkaar vallen om andere elementen op te leveren, warmte produceren.

De hitte van het radioactieve verval van deze elementen kan de rotsen doen smelten waarin ze zich bevinden, die hun co-lokalisatie gedeeltelijk kunnen verklaren.

Deze studie laat zien dat, naast verbeterde verwarming, de toevoeging van een KREEP-component aan gesteenten verlaagt ook hun smelttemperatuur, het samenstellen van de verwachte vulkanische activiteit van eenvoudig radiogene vervalmodellen. Omdat de meeste van deze lavastromen vroeg in de maangeschiedenis zijn geplaatst, deze studie voegt ook beperkingen toe over de timing van de evolutie van de maan en de volgorde waarin verschillende processen op de maan plaatsvonden.

Dit werk vereiste samenwerking tussen wetenschappers die aan theorie en experiment werkten. Na het uitvoeren van smeltexperimenten bij hoge temperatuur van gesteenten met verschillende KREEP-componenten, het team analyseerde de implicaties die dit zou hebben op de timing en het volume van vulkanische activiteit op het maanoppervlak, belangrijke inzichten verschaffen over de vroege stadia van de evolutie van het aarde-maansysteem.

ELSI co-auteur Matthieu Laneuville zegt:"Vanwege het relatieve gebrek aan erosieprocessen, het oppervlak van de maan registreert geologische gebeurtenissen uit de vroege geschiedenis van het zonnestelsel. Vooral, regio's aan de dichtstbijzijnde kant van de maan hebben concentraties van radioactieve elementen zoals U en Th, zoals nergens anders op de maan. Het begrijpen van de oorsprong van deze lokale U- en Th-verrijkingen kan de vroege stadia van de vorming van de maan helpen verklaren en, als gevolg, omstandigheden op de vroege aarde."

De resultaten van deze studie suggereren dat de KREEP-verrijkte maria van de maan de maanevolutie hebben beïnvloed sinds de vorming van de maan. Laneuville denkt dat bewijs voor dit soort niet-symmetrische, zelfversterkende processen kunnen worden gevonden in andere manen in ons zonnestelsel, en kan alomtegenwoordig zijn op rotsachtige lichamen in het hele universum.