A história do sistema Terra-lua permanece misteriosa. Os cientistas acreditam que o sistema se formou quando um corpo do tamanho de Marte colidiu com a proto-Terra. A Terra acabou sendo a filha maior dessa colisão e reteve calor suficiente para se tornar tectonicamente ativa. A lua, sendo menor, provavelmente esfriou mais rápido e congelou geologicamente. O aparente dinamismo inicial da lua desafia essa ideia.

Novos dados sugerem que isso ocorre porque os elementos radioativos foram distribuídos exclusivamente após a colisão catastrófica de formação da lua. Lua da terra, junto com o sol, é um objeto dominante no céu e oferece muitas características observáveis ​​que fornecem evidências sobre como o planeta e o sistema solar se formaram. A maioria dos planetas do sistema solar possui satélites. Por exemplo, Marte tem duas luas, Júpiter tem 79 e Netuno tem 14. Algumas luas são geladas, alguns são rochosos, alguns ainda são geologicamente ativos e alguns relativamente inativos. Como os planetas obtiveram seus satélites e por que eles têm as propriedades que possuem são questões que podem lançar luz sobre muitos aspectos da evolução do sistema solar inicial.

A lua é um corpo rochoso relativamente frio com uma quantidade limitada de água e pouco processamento tectônico. Os cientistas atualmente acreditam que o sistema Terra-lua se formou quando um corpo do tamanho de Marte apelidado de Theia - que na mitologia grega era a mãe de Selene, a deusa da lua - catastroficamente colidiu com a proto-Terra, fazendo com que os componentes de ambos os corpos se misturem.

Acredita-se que os destroços desta colisão tenham se separado rapidamente para formar a Terra e a lua, talvez em alguns milhões de anos. A Terra acabou ficando maior, e seu tamanho era perfeito para se tornar um planeta dinâmico com uma atmosfera e oceanos. A lua da Terra acabou ficando menor e não tinha massa suficiente para hospedar essas características. Assim, graças à dinâmica da colisão que formou o sistema Terra-lua, A Terra exibe idiossincrasias como a retenção de substâncias voláteis como a água ou os gases que formam a atmosfera, e ter calor interno suficiente para manter o vulcanismo planetário e a tectônica de longo prazo. Décadas de observações demonstraram que a história lunar foi muito mais dinâmica do que o esperado, com atividade vulcânica e magnética ocorrendo recentemente, como 1 bilhão de anos atrás, muito mais tarde do que o esperado.

Uma pista de por que os lados próximo e distante da lua são tão diferentes vem da forte assimetria observável em suas características de superfície. No lado próximo da lua, perpetuamente voltado para a Terra, manchas escuras e claras são observáveis ​​a olho nu. Os primeiros astrônomos chamavam essas regiões escuras de maria, "Latim para 'mares, "pensando que eram corpos d'água por analogia com a Terra. Usando telescópios, cientistas foram capazes de descobrir há mais de um século que estes não eram mares de fato, mas mais provavelmente crateras ou feições vulcânicas.

Naquela época, a maioria dos cientistas assumiu o outro lado da lua, que eles nunca seriam capazes de ver, era mais ou menos como o lado próximo.

Contudo, porque a lua está relativamente perto da Terra, apenas cerca de 380, 000 km de distância, a lua foi o primeiro corpo do sistema solar que os humanos foram capazes de explorar, primeiro usando espaçonaves sem tripulação e depois missões tripuladas. No final dos anos 1950 e início dos anos 1960, sondas espaciais sem tripulação lançadas pela URSS retornaram as primeiras imagens do outro lado da lua, e os cientistas ficaram surpresos ao descobrir que os dois lados eram muito diferentes. O outro lado quase não tinha maria. Apenas 1% do lado oposto estava coberto com maria, em comparação com ~ 31% do lado próximo. Os cientistas ficaram perplexos, mas eles suspeitavam que essa assimetria oferecia pistas sobre como a lua se formou.

No final dos anos 1960 e início dos anos 1970, As missões Apollo da NASA pousaram seis espaçonaves na lua, e os astronautas trouxeram 382 kg de rochas lunares para tentar entender a origem da lua usando análises químicas. Tendo amostras em mãos, os cientistas descobriram rapidamente que a escuridão relativa dessas manchas era devido à sua composição geológica, e eles eram, na verdade, atribuível ao vulcanismo. Eles também identificaram um novo tipo de assinatura de rocha que chamaram de KREEP - abreviação de rocha enriquecida com potássio (símbolo químico K), elementos de terras raras (REE, que incluem cério, disprósio, érbio, európio, e outros elementos que são raros na Terra) e fósforo (símbolo químico P), que estava associado com os maria. Mas por que o vulcanismo e essa assinatura KREEP deveriam ser distribuídos de forma tão desigual entre os lados próximos e distantes da lua era um enigma.

Agora, usando uma combinação de observação, experimentos de laboratório e modelagem de computador, cientistas do Earth ‐ Life Science Institute no Tokyo Institute of Technology, a Universidade da Flórida, a Carnegie Institution for Science, Towson University, O Centro Espacial Johnson da NASA e a Universidade do Novo México descobriram novas pistas sobre como a lua ganhou sua assimetria de lado e lado de fora. Essas pistas estão ligadas a uma propriedade importante do KREEP.

Potássio (K), tório (Th) e urânio (U) são elementos radioativamente instáveis. Isso significa que eles ocorrem em uma variedade de configurações atômicas que possuem um número variável de nêutrons. Esses átomos de composição variável são conhecidos como isótopos, alguns dos quais são instáveis ​​e se desfazem para produzir outros elementos, produzindo calor.

O calor da decomposição radioativa desses elementos pode derreter as rochas em que estão contidos, o que pode explicar em parte sua colocalização.

Este estudo mostra que, além de aquecimento aprimorado, a inclusão de um componente KREEP nas rochas também reduz sua temperatura de fusão, compondo a atividade vulcânica esperada de modelos de decaimento simplesmente radiogênicos. Como a maioria desses fluxos de lava foram colocados no início da história lunar, este estudo também adiciona restrições sobre o tempo de evolução da lua e a ordem em que vários processos ocorreram na lua.

Este trabalho exigiu colaboração entre cientistas que trabalham com teoria e experimento. Depois de realizar experimentos de fusão de rochas em alta temperatura com vários componentes KREEP, a equipe analisou as implicações que isso teria no tempo e no volume da atividade vulcânica na superfície lunar, fornecendo informações importantes sobre os primeiros estágios da evolução do sistema Terra-lua.

O co-autor da ELSI, Matthieu Laneuville, diz:"Por causa da relativa falta de processos de erosão, a superfície da lua registra eventos geológicos do início da história do sistema solar. Em particular, regiões no lado próximo da lua têm concentrações de elementos radioativos como U e Th, ao contrário de qualquer outro lugar na lua. Compreender a origem desses enriquecimentos locais U e Th pode ajudar a explicar os estágios iniciais da formação da lua e, como consequência, condições na Terra primitiva. "

Os resultados deste estudo sugerem que os mares enriquecidos com KREEP da lua influenciaram a evolução lunar desde que a lua se formou. Laneuville acredita que as evidências para esses tipos de não simétricos, processos de auto-amplificação podem ser encontrados em outras luas do nosso sistema solar, e pode ser onipresente em corpos rochosos em todo o universo.