Астрономы ломали голову над структурой Луны задолго до того, как там приземлились зонды. В первой половине 20-го века бушевали споры о том, является ли Луна «примитивным» каменистым миром, как спутники Марса Фобос и Деймос, или же имеет богатую внутреннюю геологию.

Первые признаки того, что внутреннее строение Луны похоже на земное, появились во время миссий NASA «Аполлон». Данные, собранные инструментами лунных посадочных модулей, показали, что небесное тело было дифференцированным. То есть оно состояло из более плотного материала в центре и менее плотного материала ближе к поверхности. По данным NASA, астронавты Аполлона оставили на Луне сейсмометры, которые позже показали, что на ней происходят лунные «землетрясения».

Ученые изучали массивные наборы данных миссий «Аполлон» и других лунных зондов, чтобы получить более четкое представление о внутренностях Луны. В 2011 году исследования NASA показали, что внешнее ядро ​​Луны состоит из жидкого железа и создает отчетливый частично расплавленный слой там, где оно соприкасается с мантией. Исследование также показало, что у Луны может быть внутреннее ядро ​​на основе железа.

Новое исследование подтвердило, что плотное внутреннее ядро ​​существует. Ученые использовали подробную компьютерную модель, построенную на геологических данных программы «Аполлон» и миссии NASA GRAIL, в которой пара зондов наблюдали за гравитационным полем Луны более года. Так удалось определить, что внутреннее ядро ​​имеет около 500 км в диаметре — это около 15% общего диаметра Луны. По словам исследователей, сравнительно небольшой размер ядра, вероятно, объясняет, почему ученым было так трудно его обнаружить.

Исследование выявило также первые свидетельства опрокидывания мантии на Луне — процесса, при котором более теплый расплавленный материал поднимается сквозь мантию, как капли воска в лавовой лампе. По мнению исследователей, это объясняет присутствие железа на поверхности Луны.

Понимание внутреннего устройства Луны может помочь ученым разгадать ее геологические тайны, например, то, что случилось с когда-то мощным лунным магнитным полем. У Луны сейчас нет магнитного поля, но образцы горных пород показывают, что раньше оно было. Новые лунные миссии, которые отправятся на спутник в ближайшие годы, должны предоставить больше данных о его составе.