Se han propuesto varios mecanismos para la formación de la Luna hace 4.51 mil millones de años, [f] y unos 60 millones de años después del origen del Sistema Solar.
Estos mecanismos incluían la fisión de la Luna desde la corteza terrestre a través de la fuerza centrífuga (que requeriría un giro inicial demasiado grande de la Tierra), la captura gravitacional de una Luna preformada (que requeriría una atmósfera de la Tierra inviablemente extendida para disipar la energía de la Luna que pasa), y la co-formación de la Tierra y la Luna juntas en el disco de acreción primordial (que no explica el agotamiento de los metales en la Luna). Estas hipótesis tampoco pueden explicar el alto momento angular de la Tierra: Sistema lunar.
La hipótesis predominante es que el sistema Tierra-Luna se formó como resultado del impacto de un cuerpo del tamaño de Marte (llamado Theia) con la proto-Tierra (impacto gigante), que arrojó material en órbita alrededor de la Tierra que luego se acrecentó para formar el actual sistema Tierra-Luna. [25] [26]
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Esta hipótesis, aunque no es perfecta, quizás explica mejor la evidencia. Dieciocho meses antes de una conferencia de octubre de 1984 sobre los orígenes lunares, Bill Hartmann, Roger Phillips y Jeff Taylor desafiaron a otros científicos lunares: “Tienes dieciocho meses. Vuelve a tus datos de Apollo, vuelve a tu computadora, haz lo que tengas que hacer , pero decídase. No venga a nuestra conferencia a menos que tenga algo que decir sobre el nacimiento de la Luna “. En la conferencia de 1984 en Kona, Hawai, la hipótesis del impacto gigante surgió como la más popular.
Antes de la conferencia, había partidarios de las tres teorías “tradicionales”, además de unas pocas personas que comenzaban a tomarse en serio el impacto gigante, y había un gran centro apático que no creía que el debate pudiera resolverse. Después, esencialmente solo había dos grupos: el campamento de impacto gigante y los agnósticos.
Se cree que los impactos gigantes fueron comunes en los inicios del Sistema Solar. Las simulaciones por computadora de un impacto gigante han producido resultados que son consistentes con la masa del núcleo lunar y el momento angular actual del sistema Tierra-Luna. Estas simulaciones también muestran que la mayor parte de la Luna deriva del impactador, en lugar de la proto-Tierra. Simulaciones más recientes sugieren una fracción mayor de la Luna derivada de la masa original de la Tierra. Estudios de meteoritos que se originan en cuerpos internos del Sistema Solar como Marte y Vesta muestran que tienen composiciones isotópicas de oxígeno y tungsteno muy diferentes en comparación con la Tierra, mientras que la Tierra y la Luna tienen composiciones isotópicas casi idénticas. La ecualización isotópica del sistema Tierra-Luna podría explicarse por la mezcla posterior al impacto del material vaporizado que formó los dos, aunque esto se debate.
La gran cantidad de energía liberada en el evento de impacto y la posterior reactivación de ese material en el sistema Tierra-Luna habría derretido la capa exterior de la Tierra, formando un océano de magma. De manera similar, la Luna recién formada también se habría visto afectada y tenía su propio océano de magma lunar; estima su rango de profundidad de aproximadamente 500 km (300 millas) a toda su profundidad (1,737 km (1,079 millas)).
Si bien la hipótesis del impacto gigante podría explicar muchas líneas de evidencia, todavía hay algunas preguntas sin resolver, la mayoría de las cuales involucran la composición de la Luna.
En 2001, un equipo del Instituto Carnegie de Washington informó la medición más precisa de las firmas isotópicas de las rocas lunares. Para su sorpresa, el equipo descubrió que las rocas del programa Apolo llevaban una firma isotópica que era idéntica a las rocas de la Tierra, y eran diferentes de casi todos los demás cuerpos en el Sistema Solar. Debido a que se pensaba que la mayoría del material que entró en órbita para formar la Luna provenía de Theia, esta observación fue inesperada. En 2007, investigadores del Instituto de Tecnología de California anunciaron que había menos de un 1% de posibilidades de que Theia y la Tierra tuvieran firmas isotópicas idénticas. Publicado en 2012, un análisis de isótopos de titanio en muestras lunares de Apolo mostró que la Luna tiene la misma composición como la Tierra, [40] que entra en conflicto con lo que se espera si la Luna se formó lejos de la órbita de la Tierra o de Theia. Las variaciones en la hipótesis del impacto gigante pueden explicar estos datos.
