Il satellite naturale relativamente grande della Terra, la Luna, è unico. Durante il programma Apollo, furono portate sulla Terra rocce dalla superficie lunare. La datazione radiometrica di queste rocce ha dimostrato che la Luna ha 4527 ± 10 milioni di anni, circa 30-55 milioni di anni in meno rispetto agli altri corpi del sistema solare. Nuove prove suggeriscono che la Luna si è formata ancora più tardi, 4,48±0,02 Ga, o 70-110 Ma dopo l'inizio del sistema solare. Un'altra caratteristica degna di nota è la densità relativamente bassa della Luna, che deve significare che non ha un grande nucleo metallico, che altri corpi terrestri del sistema solare hanno. La Luna ha una composizione di massa molto simile al mantello e alla crosta terrestri insieme, senza il nucleo della Terra. Questo ha portato all'ipotesi dell'impatto gigante: l'idea che la Luna si sia formata durante un impatto gigante della proto-Terra con un altro protopianeta.
L'impattatore, a volte chiamato Theia, si pensa sia stato un po' più piccolo del pianeta Marte. Theia si è scontrato con la Terra circa 4,533 Ga. I modelli rivelano che quando un impattatore di queste dimensioni colpì la proto-Terra ad un basso angolo e ad una velocità relativamente bassa (8-20 km/s o 5,0-12,4 mi/s), molto materiale dai mantelli (e proto-croste) della proto-Terra e dell'impattatore fu espulso nello spazio, dove gran parte di esso rimase in orbita attorno alla Terra. Questo materiale avrebbe poi formato la Luna.
Tuttavia, i nuclei metallici dell'impatto sarebbero affondati attraverso il mantello terrestre per fondersi con il nucleo della Terra, impoverendo la Luna di materiale metallico. L'ipotesi dell'impatto gigante spiega quindi la composizione anomala della Luna. Gli ejecta in orbita attorno alla Terra potrebbero essersi condensati in un unico corpo in poche settimane. Sotto l'influenza della sua stessa gravità, il materiale espulso è diventato un corpo più sferico: la Luna.
Le età radiometriche mostrano che la Terra esisteva già da almeno 10 milioni di anni prima dell'impatto, tempo sufficiente per permettere la differenziazione del mantello e del nucleo primitivo della Terra. Poi, quando avvenne l'impatto, solo il materiale del mantello fu espulso, lasciando intatto il nucleo terrestre di elementi pesanti.
Conseguenze
L'impatto ebbe alcune importanti conseguenze per la giovane Terra. Rilasciò un'enorme quantità di energia, facendo sì che sia la Terra che la Luna fossero completamente fuse. Immediatamente dopo l'impatto, il mantello della Terra era vigorosamente convettivo, la superficie era un grande oceano di magma. La prima atmosfera del pianeta deve essere stata completamente spazzata via dall'enorme quantità di energia rilasciata. Si pensa anche che l'impatto abbia cambiato l'asse della Terra per produrre la grande inclinazione assiale di 23,5° che è responsabile delle stagioni terrestri (un semplice modello ideale delle origini dei pianeti avrebbe un'inclinazione assiale di 0° senza stagioni riconoscibili). Potrebbe anche aver accelerato la rotazione della Terra.
