Jordmånsystemets historia är fortfarande mystisk. Forskare tror att systemet bildades när en kropp i storleken Mars kolliderade med protojorden. Jorden blev den större dottern till denna kollision och behöll tillräckligt med värme för att bli tektoniskt aktiv. Månen, vara mindre, svalnade troligen snabbare och frös geologiskt. Månens uppenbara tidiga dynamik utmanar denna idé.

Nya data tyder på att detta beror på att radioaktiva ämnen distribuerades unikt efter den katastrofala månbildande kollisionen. Jordens måne, tillsammans med solen, är ett dominerande objekt på himlen och erbjuder många observerbara egenskaper som ger bevis på hur planeten och solsystemet bildades. De flesta planeter i solsystemet har satelliter. Till exempel, Mars har två månar, Jupiter har 79 och Neptunus har 14. Vissa månar är isiga, vissa är steniga, några är fortfarande geologiskt aktiva och några relativt inaktiva. Hur planeter fick sina satelliter och varför de har de egenskaper de har är frågor som kan kasta ljus över många aspekter av utvecklingen av det tidiga solsystemet.

Månen är en relativt kall stenig kropp med en begränsad mängd vatten och lite tektonisk bearbetning. Forskare tror för närvarande att jordens månsystem bildades när en kropp i Marsstorlek kallad Theia - som i grekisk mytologi var mor till Selene, månens gudinna - katastrofalt kolliderade med proto-jorden, vilket gör att komponenterna i båda kropparna blandas.

Skräpet från denna kollision tros ha separerats snabbt för att bilda jorden och månen, kanske över några miljoner år. Jorden blev större, och dess storlek var precis lagom för att den skulle bli en dynamisk planet med atmosfär och hav. Jordens måne blev mindre och hade inte tillräcklig massa för att vara värd för dessa egenskaper. Således, tack vare dynamiken i kollisionen som bildade jord-månesystemet, Jorden uppvisar egenheter som att hålla kvar flyktiga ämnen som vatten eller de gaser som bildar atmosfären, och att ha tillräcklig intern värme för att upprätthålla långsiktig planetarisk vulkanism och tektonik. Årtionden av observationer har visat att månens historia var mycket mer dynamisk än väntat, med vulkanisk och magnetisk aktivitet som inträffade så sent som för 1 miljard år sedan, mycket senare än väntat.

En ledtråd till varför månens när- och bortre sida är så olika kommer från stark asymmetri som kan observeras i dess ytegenskaper. På månens ständigt mot jorden vända närsida, mörka och ljusa fläckar kan observeras med blotta ögat. Tidiga astronomer kallade dessa mörka regioner "maria, "Latin för 'hav, "Tänkte att de var vattensamlingar i analogi med jorden. Med hjälp av teleskop, forskare kunde ta reda på för över ett sekel sedan att dessa inte i själva verket var hav, men mer sannolikt kratrar eller vulkaniska särdrag.

Då, de flesta forskare antog månens bortre sida, som de aldrig skulle ha kunnat se, var mer eller mindre som den närmaste sidan.

Dock, eftersom månen är relativt nära jorden, bara cirka 380, 000 km bort, månen var den första solsystemkroppen som människor kunde utforska, först med hjälp av icke-bemannade rymdfarkoster och sedan bemannade uppdrag. I slutet av 1950-talet och början av 1960-talet, icke-bemannade rymdsonder som skjutits upp av Sovjetunionen gav de första bilderna av månens bortre sida, och forskare blev förvånade över att de två sidorna var väldigt olika. Den bortre sidan hade nästan ingen maria. Endast 1% av den bortre sidan var täckt med maria jämfört med ~31% för den närliggande sidan. Forskare var förbryllade, men de misstänkte att denna asymmetri gav ledtrådar om hur månen bildades.

I slutet av 1960-talet och början av 1970-talet NASA:s Apollo-uppdrag landade sex rymdfarkoster på månen, och astronauter tog tillbaka 382 kg månstenar för att försöka förstå månens ursprung med hjälp av kemisk analys. Med prover i handen, forskare räknade snabbt ut att det relativa mörkret hos dessa fläckar berodde på deras geologiska sammansättning, och de var, faktiskt, hänförlig till vulkanism. De identifierade också en ny typ av stensignatur som de kallade KREEP – en förkortning för sten berikad med kalium (kemisk symbol K), sällsynta jordartsmetaller (REE, som inkluderar cerium, dysprosium, erbium, europium, och andra grundämnen som är sällsynta på jorden) och fosfor (kemisk symbol P), som var förknippad med maria. Men varför vulkanismen och denna KREEP-signatur skulle fördelas så ojämnt mellan månens när- och bortre sida var ett pussel.

Nu, med en kombination av observation, laboratorieexperiment och datormodellering, forskare från Earth-Life Science Institute vid Tokyo Institute of Technology, University of Florida, Carnegie Institute for Science, Towson University, NASA Johnson Space Center och University of New Mexico har avslöjat nya ledtrådar om hur månen fick sin asymmetri på när- och bortsidan. Dessa ledtrådar är kopplade till en viktig egenskap hos KREEP.

Kalium (K), torium (Th) och uran (U) är radioaktivt instabila grundämnen. Detta innebär att de förekommer i en mängd olika atomkonfigurationer som har ett varierande antal neutroner. Dessa atomer med variabel sammansättning är kända som isotoper, av vilka några är instabila och faller isär för att ge andra element, producerar värme.

Värmen från det radioaktiva sönderfallet av dessa grundämnen kan smälta stenarna de finns i, vilket delvis kan förklara deras samlokalisering.

Denna studie visar att, förutom förbättrad uppvärmning, införandet av en KREEP-komponent i stenar sänker också deras smälttemperatur, förvärra den förväntade vulkaniska aktiviteten från helt enkelt radiogena sönderfallsmodeller. Eftersom de flesta av dessa lavaflöden var placerade tidigt i månens historia, denna studie lägger också till begränsningar om tidpunkten för månens evolution och i vilken ordning olika processer inträffade på månen.

Detta arbete krävde samarbete mellan forskare som arbetade med teori och experiment. Efter att ha utfört högtemperatursmältningsexperiment av stenar med olika KREEP-komponenter, teamet analyserade konsekvenserna detta skulle ha på timingen och volymen av vulkanisk aktivitet vid månens yta, ger viktig insikt om de tidiga stadierna av evolutionen av jorden-månsystemet.

ELSI medförfattare Matthieu Laneuville säger, "På grund av den relativa bristen på erosionsprocesser, månens yta registrerar geologiska händelser från solsystemets tidiga historia. Särskilt, regioner på månens närmaste sida har koncentrationer av radioaktiva ämnen som U och Th till skillnad från någon annanstans på månen. Att förstå ursprunget till dessa lokala U- och Th-anrikningar kan hjälpa till att förklara de tidiga stadierna av månens bildning och, som en konsekvens, förhållandena på den tidiga jorden."

Resultaten från denna studie tyder på att månens KREEP-berikade maria har påverkat månens utveckling sedan månen bildades. Laneuville tror att bevis för dessa typer av icke-symmetriska, självförstärkande processer kan hittas i andra månar i vårt solsystem, och kan vara allestädes närvarande på steniga kroppar i hela universum.