L'histoire du système Terre‐Lune reste mystérieuse. Les scientifiques pensent que le système s'est formé lorsqu'un corps de la taille de Mars est entré en collision avec la proto-Terre. La Terre a fini par être la plus grande fille de cette collision et a conservé suffisamment de chaleur pour devenir tectoniquement active. La lune, étant plus petit, probablement refroidi plus rapidement et gelé géologiquement. L'apparent dynamisme précoce de la lune remet en cause cette idée.

De nouvelles données suggèrent que cela est dû au fait que les éléments radioactifs ont été distribués uniquement après la collision catastrophique de formation de la lune. La lune de la Terre, avec le soleil, est un objet dominant dans le ciel et offre de nombreuses caractéristiques observables fournissant des preuves de la formation de la planète et du système solaire. La plupart des planètes du système solaire ont des satellites. Par exemple, Mars a deux lunes, Jupiter en a 79 et Neptune en a 14. Certaines lunes sont glacées, certains sont rocheux, certains sont encore géologiquement actifs et d'autres relativement inactifs. Comment les planètes ont obtenu leurs satellites et pourquoi elles ont les propriétés qu'elles possèdent sont des questions qui pourraient faire la lumière sur de nombreux aspects de l'évolution du système solaire primitif.

La lune est un corps rocheux relativement froid avec une quantité limitée d'eau et peu de processus tectonique. Les scientifiques pensent actuellement que le système Terre-Lune s'est formé lorsqu'un corps de la taille de Mars surnommé Theia - qui dans la mythologie grecque était la mère de Sélène, la déesse de la lune - est entrée en collision catastrophique avec la proto‐Terre, provoquant le mélange des composants des deux corps.

On pense que les débris de cette collision se sont rapidement séparés pour former la Terre et la Lune, peut-être sur quelques millions d'années. La Terre a fini par être plus grande, et sa taille était juste pour qu'elle devienne une planète dynamique avec une atmosphère et des océans. La lune de la Terre a fini par être plus petite et n'avait pas une masse suffisante pour accueillir ces caractéristiques. Ainsi, grâce à la dynamique de la collision qui a formé le système Terre-Lune, La Terre présente des particularités telles que la rétention de substances volatiles comme l'eau ou les gaz qui forment l'atmosphère, et avoir une chaleur interne suffisante pour maintenir le volcanisme et la tectonique planétaires à long terme. Des décennies d'observations ont démontré que l'histoire lunaire était beaucoup plus dynamique que prévu, avec une activité volcanique et magnétique survenue il y a à peine 1 milliard d'années, beaucoup plus tard que prévu.

Un indice expliquant pourquoi la face proche et la face lointaine de la lune sont si différentes vient de la forte asymétrie observable dans ses caractéristiques de surface. Sur la face proche de la Lune, perpétuellement tournée vers la Terre, des taches sombres et claires sont observables à l'œil nu. Les premiers astronomes ont nommé ces régions sombres « maria », " Latin pour " mers, " pensant qu'ils étaient des étendues d'eau par analogie avec la Terre. À l'aide de télescopes, les scientifiques ont pu comprendre il y a plus d'un siècle qu'il ne s'agissait pas en fait de mers, mais plus probablement des cratères ou des caractéristiques volcaniques.

À l'époque, la plupart des scientifiques ont supposé la face cachée de la lune, qu'ils n'auraient jamais pu voir, ressemblait plus ou moins au côté proche.

Cependant, car la Lune est relativement proche de la Terre, seulement environ 380, à 000 km, la lune a été le premier corps du système solaire que les humains ont pu explorer, utilisant d'abord des engins spatiaux sans équipage, puis des missions habitées. A la fin des années 50 et au début des années 60, des sondes spatiales sans équipage lancées par l'URSS ont renvoyé les premières images de la face cachée de la lune, et les scientifiques ont été surpris de constater que les deux côtés étaient très différents. La face cachée n'avait presque pas de maria. Seulement 1% de la face cachée était recouverte de maria contre ~31% pour la face proche. Les scientifiques étaient perplexes, mais ils soupçonnaient que cette asymétrie offrait des indices sur la formation de la lune.

A la fin des années 60 et au début des années 70, Les missions Apollo de la NASA ont fait atterrir six engins spatiaux sur la lune, et les astronautes ont rapporté 382 kg de roches lunaires pour tenter de comprendre l'origine de la lune à l'aide d'analyses chimiques. Avoir des échantillons en main, les scientifiques ont rapidement compris que l'obscurité relative de ces plaques était due à leur composition géologique, et ils étaient, En réalité, attribuable au volcanisme. Ils ont également identifié un nouveau type de signature rocheuse qu'ils ont nommé KREEP—abréviation de roche enrichie en potassium (symbole chimique K), éléments de terres rares (ETR, qui comprennent du cérium, dysprosium, erbium, europium, et d'autres éléments rares sur Terre) et du phosphore (symbole chimique P), qui était associé à la maria. Mais pourquoi le volcanisme et cette signature KREEP devraient-ils être répartis de manière si inégale entre les côtés proche et éloigné de la lune a présenté une énigme.

Maintenant, en utilisant une combinaison d'observation, expériences de laboratoire et modélisation informatique, des scientifiques du Earth‐Life Science Institute de l'Institut de technologie de Tokyo, l'Université de Floride, l'Institution Carnegie pour la science, Université de Towson, Le centre spatial Johnson de la NASA et l'Université du Nouveau-Mexique ont découvert de nouveaux indices sur la façon dont la lune a acquis son asymétrie proche et lointaine. Ces indices sont liés à une propriété importante de KREEP.

Potassium (K), le thorium (Th) et l'uranium (U) sont des éléments radioactivement instables. Cela signifie qu'ils se produisent dans une variété de configurations atomiques qui ont un nombre variable de neutrons. Ces atomes de composition variable sont appelés isotopes, dont certains sont instables et se désagrègent pour donner d'autres éléments, produisant de la chaleur.

La chaleur de la désintégration radioactive de ces éléments peut faire fondre les roches dans lesquelles ils sont contenus, ce qui peut expliquer en partie leur co‐localisation.

Cette étude montre que, en plus du chauffage amélioré, l'inclusion d'un composant KREEP dans les roches abaisse également leur température de fusion, aggravant l'activité volcanique attendue à partir de modèles de désintégration simplement radiogéniques. Parce que la plupart de ces coulées de lave ont été mises en place au début de l'histoire lunaire, cette étude ajoute également des contraintes sur le moment de l'évolution de la lune et l'ordre dans lequel divers processus se sont produits sur la lune.

Ce travail a nécessité une collaboration entre les scientifiques travaillant sur la théorie et l'expérimentation. Après avoir mené des expériences de fusion à haute température de roches avec divers composants KREEP, l'équipe a analysé les implications que cela aurait sur le moment et le volume de l'activité volcanique à la surface lunaire, fournissant des informations importantes sur les premiers stades de l'évolution du système Terre-Lune.

Le co-auteur d'ELSI, Matthieu Laneuville, déclare :"En raison de l'absence relative de processus d'érosion, la surface de la lune enregistre des événements géologiques de la première histoire du système solaire. En particulier, les régions du côté proche de la lune ont des concentrations d'éléments radioactifs comme U et Th contrairement à nulle part ailleurs sur la lune. Comprendre l'origine de ces enrichissements locaux en U et Th peut aider à expliquer les premiers stades de la formation de la lune et, en conséquence, conditions sur la Terre primitive."

Les résultats de cette étude suggèrent que les maria enrichies en KREEP de la lune ont influencé l'évolution lunaire depuis la formation de la lune. Laneuville pense que les preuves de ces types de non-symétrie, des processus d'auto-amplification pourraient être trouvés dans d'autres lunes de notre système solaire, et peut être omniprésent sur les corps rocheux dans tout l'univers.