Mond und Erde sind Geschwister: Hintergrund zur Entstehung des Mondes

Neue Studien erklären Entstehung und Zusammensetzung des Mondes durch den Zusammenprall unserer Erde mit einem anderen Planeten.
Künstlerische Darstellung eines Planeten-Crashs
Künstlerische Darstellung eines Planeten-Crashs
© NASA/JPL-Caltech
St. Louis; Boulder; Cambridge (USA) - Seit den Apollo-Missionen ist bekannt, dass der Mond aus ganz ähnlichem Material gemacht ist wie unsere Erde. Die Gesteinsproben, die der kürzlich verstorbene Neil Armstrong und seine Kollegen von unserem Trabanten mit nach Hause brachten, bestehen aus fast den gleichen Stoffen wie irdischer Fels. Diese Proben sind auch heute noch kostbare Schätze der Wissenschaft und bergen manche Überraschung.

Aufgrund dieser Ähnlichkeit hatten Wissenschaftler vermutet, dass Mond und Erde eine gemeinsame Geschichte haben. Diese Geschichte ist wahrscheinlich sogar äußerst turbulent: Denn Mond und Erde sind laut der gängigen Theorie in der Frühzeit unseres Sonnensystems aus einer gewaltigen Kollision hervorgegangen, bei der ein kleinerer Planet namens Theia auf einen größeren knallte. Der Name Theia stammt aus der griechischen Mythologie und bezeichnet die Mutter der Mondgöttin Selene. Dabei nahm der größere Planet, der Vorläufer unserer Erde, den Hauptteil der Masse von Theia auf. Die Bruchstücke des gigantischen Zusammenpralls kreisten anschließend um unseren Planeten und klumpten Stück für Stück zusammen. Aus ihnen bildete sich der Mond.

Eine planetare Großkollision, bei der sich das Material der beiden Himmelskörper durchmischte, ist derzeit die beliebteste These unter Mondforschern. Sie hat aber noch einige offene Punkte. Forschergruppen berichten nun gleich in mehreren Publikationen von neuen Ergebnissen, die allesamt auf eine gewaltsame Entstehung unseres Mondes hinweisen. Ein Schlüssel hierfür liegt in der Frage, warum das Mondgestein bis auf kleine, aber entscheidende Unterschiede dem irdischen chemisch so ähnlich ist.

Wenn der Mond aus den Bruchstücken eines solchen Einschlags hervorgegangen ist, dann hängt seine chemische Zusammensetzung entscheidend davon ab, wie gut sich das Material der beiden Vorläuferplaneten beim Zusammenstoß vermischt hat. Denn die beiden Vorläufer müssen an unterschiedlichen Stellen unseres Sonnensystems entstanden sein und sollten dementsprechend chemisch gewisse Unterschiede zeigen. Die Vermischung des Materials der beiden Planeten wiederum hängt von ihrem Größenverhältnis, von der Aufprallgeschwindigkeit, dem Aufprallwinkel und der Rotation der beiden Körper ab. Nur mit Hilfe komplexer Computersimulationen können Forscher ein solches Geschehen modellieren.

Bei einer solchen planetaren Kollision werden beide Körper zerrissen und heizen sich auf bis zu einigen Tausend Grad Celsius auf, wobei ein guter Teil ihres Inneren verdampft. Aus dieser Dampfphase kondensieren die schwerer flüchtigen Stoffe schneller wieder; die leichteren gehen einfacher ins All verloren. Falls der Mond sich also aus der heißen Gasscheibe nach einem solchen Aufprall gebildet hat, sollte er einen Mangel an leichten Elementen gegenüber der Erde aufweisen. Allerdings ist es schwierig, aus einigen Kilogramm Gestein von der Mondoberfläche darauf zu schließen, wie es tief in seinem Inneren aussieht.

Wie Forscher um Frédéric Moynier von der Washington University in Saint Louis nun in der Fachzeitschrift „Nature“ berichten, ist Zink ein hervorragender Indikator für den Anteil an leicht flüchtigen Elementen im Mondinneren. Es gibt unterschiedlich schwere Arten von Zink, sogenannte Isotope. Sie finden sich beispielsweise in Basaltgestein, also im Auswurf einstiger Vulkane, die Material aus dem Mondinneren an seine Oberfläche geschleudert haben.

„Was wir wollten, waren die Basalte“, so Moynier, „weil diese aus dem Inneren des Mondes stammen und die Zusammensetzung des Mondes am besten wiedergeben.“ Die Forscher untersuchten deshalb 20 Proben von unterschiedlichen Orten auf dem Mond sowie einen Mondmeteoriten. Und in der Tat fanden sie heraus, dass das Zink vom Mond im Vergleich zu Erde oder Mars einen erhöhten Anteil an schweren Isotopen besitzt. Das Zink spricht also für eine Planetenkollision.

Ebenfalls diese Woche haben gleich zwei Forschergruppen von der Universität Harvard und dem Southwest Research Institut in Boulder die Ergebnisse neuer Simulationen vorgestellt, wie ein solcher Zusammenstoß hätte vonstatten gehen können. Wie sie im Fachblatt „Science“ schreiben, stießen sie auf verschiedene Möglichkeiten. Zum einen ist es möglich, dass ein kleiner, aber schneller Himmelskörper auf eine schnell rotierende Urerde traf. Zum anderen könnten auch zwei ähnlich schwere Planeten deutlich langsamer miteinander kollidiert sein. In beiden Fällen wäre das Material der Himmelskörper stark durchmischt worden, wodurch das Erd- und Mondmaterial so ähnlich wurde.

Das schwere Eisen wäre in den Erdkern gesunken, wo es heute noch als Dynamo des Erdmagnetfeldes seine Dienste tut. Aus den leichteren Stoffen hätten sich der Erdmantel und der Mond gebildet. Diese Ergebnisse passen nicht nur zum Mangel an leichtem Zink auf dem Mond, sondern auch zur Verteilung der übrigen Elemente. Wer also beim nächsten Vollmond seinen Blick in den Nachthimmel richtet, sieht dort nicht nur einen treuen Begleiter, der unsere Erdachse stabilisiert, sondern wahrscheinlich auch – zumindest chemisch gesehen – den Bruder unserer Erde, mit der ihn eine ziemlich harte Geburt verbindet.

© Wissenschaft aktuell
Quelle: 1.)„Making the Moon from a Fast-Spinning Earth: A Giant Impact Followed by Resonant Despinning“, M. Ćuk, S.T. Stewart; Science, DOI: 10.1126/science.1225542
2.)„Forming a Moon with an Earth-like Composition via a Giant Impact“, R.M. Canup; Science, DOI: 10.1126/science.1226073
3.)„Zinc isotopic evidence for the origin of the Moon “, R. C. Paniello et al.; Nature, DOI: 10.1038/nature11507


 

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