Nach der am weitesten verbreiteten Theorie entstand der Mond vor ungefähr 4,5 Milliarden Jahren, als ein marsgroßes Objekt namens Theia mit der Erde kollidierte (auch bekannt als Giant Impact Hypothesis). Dieser Aufprall warf beträchtliche Mengen an Trümmern auf, die sich allmählich zu dem einzigen natürlichen Satelliten der Erde vereinigten. Einer der überzeugendsten Beweise für diese Theorie ist die Tatsache, dass die Erde und der Mond in Bezug auf die Zusammensetzung bemerkenswert ähnlich sind.
Frühere Studien mit Computersimulationen haben jedoch gezeigt, dass der Mond, wenn er durch einen riesigen Aufprall erzeugt wurde, mehr Material vom Impaktor selbst zurückhalten sollte. Laut einer neuen Studie, die von einem Team der University of New Mexico durchgeführt wurde, ist es jedoch möglich, dass Erde und Mond nicht so ähnlich sind wie bisher angenommen.
Die Studie mit dem Titel „Unterschiedliche Sauerstoffisotopenzusammensetzungen von Erde und Mond“, die ihre Ergebnisse beschreibt, wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht Naturgeowissenschaften. Die Studie wurde von Erick J. Cano und Zachary D. Sharp vom UNM Department of Earth and Planetary Sciences sowie von Charles K. Shearer vom UNM Institute of Meteoritics durchgeführt.
Die Theorie, dass Erde und Mond einst ein einziger Körper waren, existiert seit dem 19. Jahrhundert. Erst als die Apollo-Astronauten Gesteinsproben zurückbrachten, hatten die Wissenschaftler endgültige Beweise dafür, dass sich Erde und Mond zusammen gebildet hatten. Diese Proben zeigten, dass der Mond wie die Erde aus Silikatmineralien und Metallen bestand, die zwischen einem Metallkern und einem Silikatmantel und einer Kruste unterschieden wurden.
Während der Mond weniger Eisen und weniger leichtere Elemente enthält, erklärt die Riesenwirkungshypothese dies recht gut. Eisen, ein besonders schweres Element, wäre von der Erde zurückgehalten worden, während die Hitze und die explosive Kraft des Aufpralls dazu führten, dass die leichteren Elemente abkochten und in den Weltraum ausgestoßen wurden. Der Rest des Materials von Erde und Theia hätte sich dann abgekühlt und dann gemischt, um die Erde und den Mond zu bilden, wie wir sie heute kennen.
Diese Theorie erklärt auch die Geschwindigkeit und Natur, mit der der Mond die Erde umkreist; insbesondere, wie es mit unserem Planeten verbunden ist. Frühere Studien mit Computersimulationen haben jedoch gezeigt, dass in diesem Szenario etwa 80% des Mondes aus Material bestehen sollten, das aus Theia stammt.
Dies stellt ein ernstes Dilemma für Astronomen und Geologen dar, und verschiedene Theorien wurden entwickelt, um dies zu erklären. In einem Szenario war Theia in seiner Zusammensetzung der Erde ähnlich, was erklären würde, warum Erde und Mond so ähnlich erscheinen. In einem anderen Fall war das Mischen der Materialien sehr gründlich, bis zu dem Punkt, dass sowohl die Erde als auch der Mond Elemente von Theia behalten.
Leider stimmen diese Erklärungen entweder nicht mit dem überein, was wir über das Sonnensystem wissen, oder stellen eigene theoretische Probleme dar. Um dies zu beleuchten, betrachteten Cano und seine Kollegen eine wesentliche Inkonsistenz mit der Giant Impact Hypothesis. Grundsätzlich stellten Wissenschaftler bei der Untersuchung der Apollo-Mondgesteinsproben fest, dass die Sauerstoffisotopenwerte praktisch identisch mit denen waren, die in Gesteinen hier auf der Erde gefunden wurden.
Wenn die Riesenaufprallhypothese korrekt ist, hatten die Vorläufer von Erde und Mond entweder zunächst identische Werte oder es fand nach dem Aufprallereignis eine umfassende Homogenisierung statt. Um dies zu beheben, führten Cano und seine Kollegen eine hochpräzise Sauerstoffisotopenanalyse einer Reihe verschiedener Mondgesteine durch. Sie fanden heraus, dass Mondgesteine höhere Konzentrationen an leichteren Sauerstoffisotopen aufwiesen als die Erde.
Zusätzlich nehmen die Unterschiede zu, je tiefer man von der Kruste in den Mantel tastet. Sie führen dies auf die Tatsache zurück, dass sich in der Kruste Trümmer von Erde und Theia vermischt hätten, während sich im Inneren Material von Theia stärker konzentriert hätte. Wie sie in ihrer Studie zusammenfassen:
„Die Sauerstoffisotopenwerte von Mondproben korrelieren mit der Lithologie, und wir schlagen vor, dass die Unterschiede durch Mischen zwischen dem durch den Aufprall erzeugten isotopisch leichten Dampf und dem äußersten Teil des frühen Mondmagma-Ozeans erklärt werden können. Unsere Daten legen nahe, dass Proben aus dem tiefen Mondmantel, die im Vergleich zur Erde isotopenlastig sind, Isotopenzusammensetzungen aufweisen, die für den protomondalen Impaktor „Theia“ am repräsentativsten sind. “
Zusammenfassend zeigen die Forschungsergebnisse des Teams, dass Erde und Theia in ihrer Zusammensetzung nicht ähnlich waren, was den ersten endgültigen Beweis dafür liefert, dass sich Theia wahrscheinlich weiter von der Sonne entfernt gebildet hat als die Erde. In ähnlicher Weise zeigt ihre Arbeit, dass die unterschiedlichen Sauerstoffisotopenzusammensetzungen von Theia und der Erde durch den mondbildenden Aufprall nicht vollständig homogenisiert wurden.
Diese Studie erinnert an Forschungen, die kürzlich von einem Team aus Yale und dem Tokyo Institute of Technology durchgeführt wurden. Ihrer Arbeit zufolge war die Erde noch ein heißer Magmakugel, als der mondbildende Aufprall stattfand. Dies hätte dazu geführt, dass Material aus Theia in den Weltraum verloren gegangen wäre, während Material aus der Erde schnell zum Mond verschmolzen wäre.
Ob Material aus Theia in den Weltraum verloren ging oder als Teil des Mondinneren aufbewahrt wurde, ist eine Frage, die Wissenschaftler dank der vielen Probenrückgabemissionen, die in den kommenden Jahren stattfinden werden, genauer untersuchen können. Dazu gehört, dass die NASA Astronauten zur Mondoberfläche zurückschickt (Projekt Artemis) und mehrere von China gesendete Rover (Chang’e 5 und Chang’e 6 Missionen).
Diese und andere Rätsel um den einzigen Satelliten der Erde haben gute Chancen, bald beantwortet zu werden!
