19.10.12

Weltraumforschung

Ist der Mond ein Stück von der Erde?

Neue Studien bestätigen die "Kollisionstheorie". Demnach entstand unser Trabant durch den Zusammenstoß der Erde mit einem anderen Planeten.

Von Marc Hasse und Dirk Eidemüller
Foto: Stone
mond erde
Erde und Mond sind im Mittel 384 000 Kilometer voneinander entfernt. Beide entstanden vor etwa viereinhalb Milliarden Jahren

Boulder/St. Louis. Der Mond entstand wahrscheinlich infolge eines kosmischen Crashs. So lautet zumindest die seit den 1970er-Jahren favorisierte Hypothese zur Entstehung unseres Trabanten, die jedoch immer noch Ungereimtheiten aufweist. Neue Erklärungen liefern nun zwei Studien, die in den Journalen "Science" und "Nature" erschienen sind. Demnach wird der Ablauf schlüssiger, wenn man insbesondere dem Unfallverursacher mehr Masse zurechnet. Aber der Reihe nach.

Der sogenannten Kollisionstheorie zufolge wurde vor viereinhalb Milliarden Jahren die noch junge Erde von einem ebenfalls noch jungen Himmelskörper gestreift, der etwa die Masse des heutigen Mars hatte, also ein Zehntel der Erdmasse. Vielleicht schlug dieser Protoplanet, den Astronomen nach der Mutter der griechischen Mondgöttin Selene "Theia" getauft haben, aber auch in die Erde ein. War Letzteres der Fall, sollte der Impaktor bei diesem gigantischen Zusammenstoß verdampft sein, ebenso wie Stücke des Erdmantels. Dieses heiße Gemisch aus Staub und Gas sammelte sich ringförmig um die Erde und verdichtete sich zu unserem Trabanten.

Der Mond - ein Stück Erde? Das macht insofern Sinn, weil das Gestein, das der kürzlich verstorbene Neil Armstrong und die anderen elf US-Astronauten von den Apollo-Missionen 1969 bis 1972 mit zur Erde brachte, irdischem Fels ähnelt; die Zusammensetzung der Sauerstoff-Isotope etwa ist praktisch identisch. Wo aber sind die Überreste von Theia geblieben?

Eigentlich, so die Überlegungen, müsste der Mond auch zu einem erheblichen Teil aus den Stoffen des Impaktors entstanden sein, doch von diesen fehlt jede Spur. Dieses Problem können auch die neuen Studien nicht lösen. Dafür erklären sie die Gemeinsamkeiten mit der Erde. Wenn Theia nämlich etwa die vier- bis fünffache Masse des Mars gehabt hätte, also etwa halb so groß gewesen wäre wie die Erde und somit erheblich größer als angenommen, wäre Theia womöglich tief in die Erde eingedrungen und hätte diese zu großen Teilen regelrecht gesprengt; genauer gesagt wäre ein erheblicher Teil des Erdinnern durch die enorme Hitze, die bei der Kollision entstand, verdampft - ebenso wie der Eindringling selbst. Dann wäre das Material beider Planeten stärker vermischt worden. Setze man eine bestimmte Aufprallgeschwindigkeit, einen bestimmten Aufprallwinkel und eine bestimmte Rotation der Erde voraus, hätte dies dazu führen können, dass sich anschließend in dem Ring um die Erde vor allem Erdmaterial sammelte, schreibt Robin Canup vom Southwest Research Institut in Boulder im Journal "Science". Aus diesem Material sei dann ein Planet entstanden, der in seiner geochemischen Zusammensetzung der Erde ähnele - der Mond.

Aus der Dampfphase eines solchen Aufpralls sollten die schwerer flüchtigen Stoffe schneller wieder kondensieren; die leichteren hingegen könnten ins All entweichen. Falls der Mond sich also aus einem heißen Gasring 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 St. Louis nun im Journal "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", schreibt 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 auch für eine Planetenkollision.

Doch nach wie vor gibt es auch Zweifel. Ob etwa die Gravitation der einzelnen Teilchen in dem heißen Ring aus Staub und Gas ausreichte, damit diese sich zusammenballten, sodass zuerst Klumpen entstanden und sich schließlich ein ganzer Planet bildete, ist bisher noch nie in größeren Studien berechnet worden. Die Gravitation der Erde und der Sonne könnten, so argumentieren einige Forscher, eine Zusammenballung der Teilchen verhindert haben.

Zwei Annahmen immerhin sind mittlerweile vom Tisch. Die "Geschwistertheorie" sieht vor, dass Mond und Erde gleichzeitig und nah beieinander entstanden. Der "Einfangtheorie" zufolge bildete sich der Mond fern unseres Planeten und wurde bei einer nahen Begegnung mit der Erde von ihrer Anziehungskraft gebunden. Doch nach den Analysen des Mondgesteins, welche die Ähnlichkeiten mit dem Gestein der Erde zeigten, erscheinen beide Annahmen mehr als unwahrscheinlich.

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