Månens konsekventa framträdande på himlen varje natt kan invagga jordbor till en känsla av förtrogenhet, men månen är faktiskt en förbryllande plats. Den saknar atmosfär och är bentorr; den kan knappast göra anspråk på en central järnkärna; och den har en lätt skorpa som är kemiskt lik jorden.

Den bästa förklaringen, än så länge, för existensen av en sådan värld föreslogs av två alumner från University of Arizona, William Hartmann och Donald Davis, 45 år sedan. Idén inspirerades av Hartmanns arbete som doktorand under Gerard Kuiper, som anses vara fadern till modern planetvetenskap och var grundare av UA:s Lunar and Planetary Laboratory.

Medan man skapar den rätade månatlasen – en av de första kartorna över månen – under rymdkapplöpningens höjd, Hartmann identifierade en gigantisk ringad nedslagskrater på månens sida. Identifiera denna funktion, senare kallad Mare Orientale, inspirerade honom att överväga konsekvenserna av de största kollisionerna i solsystemet.

1974, Hartmann och Davis föreslog vad som blev känt som Giant Impact Theory. De ansåg att månen bildades när en planet i storleken Mars, kallad Theia – månens Titan-mamma i grekisk mytologi – träffade Gaia, den tidiga jorden, för mer än 4,5 miljarder år sedan. Kollisionen, de föreslog, kastade det översta lagret av jorden ut i rymden, där skräpet återförenades för att bilda månen.

Giant Impact Theory har stått emot 45 år av vetenskaplig granskning och är allmänt accepterad idag som månens ursprung. Än, allt eftersom planetforskare fortsätter att samla in data om månen och utföra allt kraftfullare datorsimuleringar av planetbildande kollisioner, teorins detaljer har nystas upp, leder till en mängd modifierade scenarier.

Månmodeller

Giant Impact Theory verkar stå för månens mest uppenbara egenskaper idag:Ingen atmosfär, lite vatten och ingen järnkärna. Dessutom, returnerade Apollo-prover har visat att månstenar kemiskt inte går att skilja från jordstenar.

På ytan, ordlek avsedd, detta bekräftar 1974 års teori. Dock, datorsimuleringar visar att den vanliga jättenedslaget skulle skapa en måne gjord av den påverkande planeten Theia, inte jorden, sa månexperten Erik Asphaug, UA professor i planetvetenskap.

"Varför skulle månen matcha om den är gjord av en helt annan planet?" frågade Asphaug.

Frågan har lett till många nya idéer om månens ursprung. Till exempel, efter att månen stelnat, kanske senare material från jorden kastades ut och lade sig på toppen.

"Ironiskt, det skulle betyda att alla stenar som Apollo-astronauterna plockade upp är jordstenar, sa Asphaug.

Men månen har bombarderats av stora nedslag som gräver djupt och borde ha kastat de begravda Theia-stenarna ovanpå.

Simuleringar tycks också visa att ju större gigantisk påverkan, desto mer består månen i första hand av stötkroppen. Så, en annan ny studie tyder på att istället för en Theia, en följd av mindre stötorgan bildade en serie mindre månar, var och en mer jordliknande till sin sammansättning, som smälte samman till månen.

Tyvärr, detta skulle innebära att alla stötorganen måste slå från samma riktning, vilket är högst osannolikt eftersom impactorer träffar jorden från alla vinklar, sa Asphaug.

En annan potentiell lösning har kallats "Hit and Run".

"Om du slår jorden hårt och tillräckligt snabbt, Theia stannar inte kvar, sa Asphaug.

Om Theia fortsatte, resultatet kan bli en måne som huvudsakligen bildas från jorden. Eller, om Theia var en egensinnig isig planet, en sådan påkörning skulle förånga Theia, lösa problemet med jord-berg och förklara varför Theia inte finns längre.

"Men dessa är båda mycket ovanliga, specifika händelser, " sa Asphaug. "Du får ditt jokertecken en gång, och det är allt."

Asphaug och hans UA-kollega Alexandre Emsenhuber utvecklar sin egen modell från månen, som visar att månen kan skapas i ett gemensamt tvåstegs jättenedslag.

De föreslår att Theia slog den unga jorden och saktade ner som ett resultat av en kollision. Theia fortsatte att kretsa runt solen innan hon träffade jorden igen - kanske en miljon år senare - denna gång bildade månen i en långsam sammanslagning ganska lik standardteorin som ursprungligen föreslogs av Hartmann och Davis.

"Om du redan har haft ett par gigantiska nedslag med jorden, dina kompositioner kommer att blandas till att börja med, sa Asphaug.

Många av dessa idéer förutsätter en impactor av annan sammansättning än jorden, Hartmann sa, men forskare vet nu att vissa meteoriter – och deras moderkroppar – hade sammansättningar som liknar jorden.

"En gigantisk impactor gjord av det materialet skulle lösa många av problemen med månens ursprung, " han sa.

En djupare titt

Under rymdkapplöpningen, University of Arizona kartlade månen, och universitetets alumner och forskare har finslipat teorin om månens ursprung. I dag, UA-forskare sonderar djupt in i månen för att avslöja fler av dess hemligheter.

För att förstå månens inre struktur, docent i planetvetenskap Jeff Andrews-Hanna har lett flera undersökningar med hjälp av gravitationsdata som samlats in av NASA:s Gravity Recovery and Interior Laboratory, eller GRAAL, uppdrag. GRAIL-data svarade på några frågor, men har också avslöjat nya mysterier om månen som framtida studier kommer att behöva ta itu med. Till exempel, GRAIL-data har visat att månen är skev.

Asphaug har föreslagit att en långsam sammanslagning av två månar, som han kallade en "gigantisk splat, "kan vara ansvarig för snedheten. Den bergiga bortre sidan, han sa, kan vara en andra måne som sakta kolliderade med den första och bildade en förkylning, tjockt lager.

"De flesta av dessa idéer kommer att antingen stödjas eller dödas under den kommande andra tidsåldern av månutforskning, sa Asphaug.

GRAIL-uppdraget har också avslöjat att månens närsida korsas av dolda tektoniska strukturer under de mörka vulkaniska slätterna. Det finns också nedslagsbassänger och andra geologiska egenskaper som är osynliga för blotta ögat, men kastade ljus över månens vulkaniska förflutna.

Andrews-Hanna är exalterad över de data som har samlats in om månen sedan Giant Impact Theory föreslogs, inklusive topografi, allvar, synliga bilder, spektraldata, prover, seismiska data, termiska data och elektromagnetiska data.

"Månen är unik i att ha alla dessa datamängder, många av dem går tillbaka till Apollo och många är ett resultat av vår pågående utforskning, ", sa han. "En frustrerande sak med Apollo-uppdragen är att de alla var samlade i ett litet område på månens närmaste sida. Jag undrar om Apollo är representativ för månen som helhet eller bara den närmaste sidan?"

Han hoppas att framtida uppdrag till månens bortre sida kan hjälpa till att svara på kvardröjande frågor.

"Vi vet så mycket om månen, ändå så lite för en kropp så nära. Det finns stora grundläggande frågor att besvara, ", sa Andrews-Hanna. "Detta är en spännande tid för månvetenskap. När vi lärt oss något om månen, då kan vi utöka vår förståelse till andra kroppar i vårt solsystem."