Le satellite naturel relativement grand de la Terre, la Lune, est unique en son genre. Pendant le programme Apollo, des roches de la surface de la Lune ont été amenées sur Terre. La datation radiométrique de ces roches a montré que la Lune avait 4527 ± 10 millions d'années, soit environ 30 à 55 millions d'années de moins que les autres corps du système solaire. De nouvelles preuves suggèrent que la Lune s'est formée encore plus tard, 4,48±0,02 Ga, ou 70-110 Ma après le début du système solaire. Une autre caractéristique notable est la densité relativement faible de la Lune, ce qui doit signifier qu'elle n'a pas un grand noyau métallique, comme c'est le cas pour les autres corps terrestres du système solaire. La composition de la Lune ressemble beaucoup à celle du manteau et de la croûte terrestre, sans le noyau terrestre. Cela a conduit à l'hypothèse de l'impact géant : l'idée que la Lune s'est formée lors d'un impact géant de la proto-Terre avec une autre protoplanète.
On pense que l'impacteur, parfois appelé Theia, était un peu plus petit que la planète Mars. Theia est entrée en collision avec la Terre vers 4 533 Ga. Les modèles révèlent que lorsqu'un impacteur de cette taille a frappé la proto-Terre à un angle faible et à une vitesse relativement faible (8-20 km/s ou 5,0-12,4 mi/s), une grande partie du matériau des manteaux (et des proto-croutes) de la proto-Terre et de l'impacteur a été éjectée dans l'espace, où une grande partie est restée en orbite autour de la Terre. Ce matériau finira par former la Lune.
Cependant, les noyaux métalliques de l'impacteur se seraient enfoncés à travers le manteau de la Terre pour fusionner avec le noyau terrestre, épuisant la Lune de matière métallique. L'hypothèse de l'impact géant explique donc la composition anormale de la Lune. L'éjecta en orbite autour de la Terre aurait pu se condenser en un seul corps en quelques semaines. Sous l'influence de sa propre gravité, le matériau éjecté est devenu un corps plus sphérique : la Lune.
Les âges radiométriques montrent que la Terre existait déjà depuis au moins 10 millions d'années avant l'impact, soit suffisamment de temps pour permettre la différenciation du manteau et du noyau primitifs de la Terre. Ensuite, lorsque l'impact s'est produit, seul le matériau du manteau a été éjecté, laissant le noyau de la Terre, composé d'éléments lourds, intact.
Conséquences
L'impact a eu des conséquences importantes pour la jeune Terre. Il a libéré une énorme quantité d'énergie, provoquant la fusion complète de la Terre et de la Lune. Immédiatement après l'impact, le manteau de la Terre était en forte convection, la surface était un grand océan de magma. La première atmosphère de la planète a dû être complètement soufflée par l'énorme quantité d'énergie libérée. On pense également que l'impact a modifié l'axe de la Terre pour produire la grande inclinaison axiale de 23,5° qui est responsable des saisons de la Terre (un modèle simple et idéal des origines des planètes aurait des inclinaisons axiales de 0° sans saisons reconnaissables). Il se peut également qu'elle ait accéléré la rotation de la Terre.
