Lunarwissenschaft: Wo kommt er her, der gute Mond?

Die Hypothese, dass der Trabant von einem Himmelskörper aus der Erde herausgeschlagen wurde, bekommt Probleme. Er ist ihr chemisch zu ähnlich.

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(c) EPA (Tomasz Gzell)

Heute geht er stille, der gute Mond, aber als er geboren wurde, vor etwa 4,53 Milliarden Jahren, war die Hölle los: Ein marsgroßer Himmelskörper – „Theia“ genannt nach der Mutter der Mondgöttin Selene – fuhr in die ganz junge Erde hinein, sie war gerade 30 Millionen Jahre alt, und schlug das Material aus ihr heraus, das sich später mit dem der pulverisierten Theia zum Mond zusammenfand.
So stellt man sich zumindest die Entstehung des Trabanten vor, die Hypothese vom „Giant Impact“ hat sich gegen konkurrierende Theorien durchgesetzt. Eine, die Abspaltungstheorie, stammt von Charles Darwins Sohn George, einem Physiker. Ihm zufolge rotierte die frühe Erde so rasend, dass sie das Material des Mondes aus ihrer Kruste herausschleuderte. Das wurde verworfen, weil man keinen Mechanismus kannte, der die Erdrotation auf ihre heutige Geschwindigkeit hätte bremsen können. So gab es nur noch zwei andere Möglichkeiten: Der Mond war entweder zugleich mit der Erde aus dem gleichen kosmischen Staub entstanden, oder er war später aus den Tiefen des Alls gekommen und eingefangen worden.

Die Lehren der Apollo-Mission

Beides blieb vorstellbar, bis die Apollo-Missionen Gestein vom Nachbarn mitbrachten. Dann nicht mehr: Die Zusammensetzung des Mondes ist jener der Erde so ähnlich, dass die Hypothese vom Einfangen eines ganz anderswo entstandenen Himmelskörpers ausschied. Allerdings zeigten die Analysen auch einen großen Unterschied: Der Mond hat viel weniger Eisen als die Erde, er kann nicht zur gleichen Zeit aus dem gleichen Material entstanden sein wie sie. Aber aus ihr entstanden sein kann er schon: Schwere Elemente wie Eisen wanderten in der glühenden Protoerde in den Kern, außen in der Kruste blieb weniger, ihre Gehalte passen zum Mond. Also ist ein einschlagender Himmelskörper („Theia“) in einem solchen Winkel gekommen – leicht schräg –, dass er die Erde nur am Rand touchierte und dieses Material in den Himmel blies.

Das ist plausibel, die Physiker haben es in vielen Simulationen gezeigt, sie haben auch berechnet, wie viel Material des Mondes bei einem solchen Einschlag maximal von der Erde stammen kann: 60 Prozent, der Rest ist Theia. Aber dann machten wieder Chemiker Striche durch die Rechnung, ihre vergleichenden Gesteinsanalysen wurden feiner, sie wandten sich den Isotopen zu und fanden auch hier ganz ähnliche Verhältnisse bei Sauerstoff, Silizium, Chrom und Wolfram in Erd- und Mondgestein. Wenn aber 40 Prozent des Mondes von Theia stammten, müsste sie der Erde höchst ähnlich gewesen sein, und das ist nicht einmal jener Planet, der vermutlich dem ursprünglichen Zustand der Planetenbildung im Sonnensystem noch am nächsten ist: der Mars. Wäre Theia wie er gewesen, könnte man zwar zwar die Ähnlichkeit von Erde und Mond beim Silizium, Chrom und Wolfram erklären können, aber nicht die beim Sauerstoff. Zumindest nicht ohne eine Zusatzannahme: Als die Einschlagswolke um die Erde zog, hätte sich Material zwischen der Wolke und der Erde austauschen können, bevor noch der Mond entstand, bei flüchtigen („volatilen“) Elementen wie Sauerstoff geht das.

Aber bei anderen nicht, bei widerborstigen, erst bei hohen Temperaturen verdampfenden („refraktären“) Elementen wie Titan. Dessen Isotopen-Verhältnis – das von 50Ti zu 47Ti – hat eine Gruppe um Junjun Zhang (University of Chicago) nun in Mondgestein gemessen und mit dem von Erdgestein verglichen. Es stimmt nahezu vollständig überein, die Differenz beträgt vier Teilchen pro Million (Nature Geoscience, 25. 3.).

Also muss entweder der Mond zur Gänze aus der Erde entstanden sein: Das ist unmöglich. Oder aber Theia muss von den Elementen her so zusammengesetzt gewesen sein wie die Erde: Das ist höchst unwahrscheinlich, nur ganz wenige Meteoriten – sie sind die Überlebenden und zeugen der frühen Geschichte – haben ähnliche Isotopenmuster wie die Erde.

Was bleibt? Zhang bietet zwei Spekulationen an: Entweder hatte doch Darwin recht und die Erde hat ihre rasende Rotation durch ihr Ejakulat, den Mond eingebremst. Oder Theia war ein Eisplanet, der fast nur aus Wasser bestand und wenige Elemente wie Titan enthielt.

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