Vor etwa 4,5 Milliarden Jahren könnte sich der Mond innerhalb weniger Stunden nach einem gewaltigen Zusammenstoß zwischen der Erde und einem marsgroßen Protoplaneten gebildet haben. Diese Theorie stützt sich auf neue Simulationen, die die innere Temperatur junger Protoplaneten und deren geologische Eigenschaften berücksichtigen. Die Ergebnisse wurden am 1. September in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
Die Rolle von Theia bei der Mondentstehung
Die sogenannte Giant-Impact-Theorie gilt als führende Erklärung für die Entstehung des Mondes. Sie geht davon aus, dass ein Protoplanet namens Theia in einem bestimmten Winkel auf die frühe Erde prallte und dabei Trümmer in die Umlaufbahn schleuderte. Diese Trümmer bildeten schließlich den Mond. Die Theorie wurde maßgeblich durch die Arbeit der Planetenwissenschaftlerin Robin Canup geprägt, die seit 2001 zahlreiche Computersimulationen dazu durchführte.
Adeene Denton vom Southwest Research Institute leitete ein Team, das detailliertere Simulationen des Zusammenstoßes durchführte. Dabei wurden erstmals die geologischen Eigenschaften der kollidierenden Körper stärker berücksichtigt. Denton erklärte, dass die Materialstärke eine entscheidende Rolle spielt, insbesondere bei der Untersuchung von Kollisionen zwischen kleineren Körpern wie Asteroiden oder bei der Entstehung des Pluto-Charon-Systems.
Die Simulationen zeigten, dass wärmere Körper weniger widerstandsfähig sind als kältere. Da der Zusammenstoß kurz nach der Entstehung des Sonnensystems stattfand, war Theia noch heiß und daher weniger stabil. Dies beeinflusste, wie sich das Material nach dem Aufprall verteilte und den Mond bildete.
Zwei mögliche Szenarien der Mondbildung
Frühere Simulationen deuteten auf zwei mögliche Szenarien hin: Entweder bildete sich der Mond langsam aus einem Trümmerring, der die Erde umgab, oder er entstand innerhalb weniger Stunden aus demselben Material. Dentons Modelle unterstützen nun die zweite Möglichkeit. Wenn Theia noch warm war und der Zusammenstoß weniger als 60 Millionen Jahre nach der Planetenentstehung stattfand, könnte sich der Mond sehr schnell gebildet haben.
Denton erklärte, dass die Temperatur von Erde und Theia vor dem Zusammenstoß entscheidend war. Bei gleichen Temperaturstrukturen in beiden Körpern entstand in den Simulationen innerhalb von etwa fünf Stunden ein intakter Mond. Dies würde bedeuten, dass die Erde an einem einzigen Tag sowohl einen neuen Mond als auch erhebliche geologische Veränderungen erlebte.
Robin Canup, die nicht an der Studie beteiligt war, betonte, dass diese Ergebnisse möglicherweise einen Zusammenhang zwischen den physikalischen Eigenschaften des Mondes heute und dem thermischen Zustand von Erde und Theia zum Zeitpunkt des Zusammenstoßes herstellen könnten. Dies könnte helfen, den Zeitpunkt des Ereignisses genauer einzugrenzen.
Interessanterweise besteht der Mond hauptsächlich aus Material aus Theias Mantel, mit einem geringen Anteil an Erdmaterial. Dies ist überraschend, da die Zusammensetzung des Mondes der des Erdmantels sehr ähnlich ist. Dennoch gibt es Unterschiede in den Isotopenverhältnissen, die durch aktuelle Simulationen noch nicht vollständig erklärt werden können.
Die Ergebnisse könnten auch Auswirkungen auf die Suche nach Exomonden haben. Wenn sich der Mond tatsächlich innerhalb weniger Stunden gebildet hat, wäre die Suche nach ähnlichen Trümmerringen um terrestrische Exoplaneten möglicherweise erfolglos, da solche Ringe nur sehr kurzlebig wären. Bei Gasriesen wäre die Situation jedoch anders, da deren Monde nicht durch Kollisionen, sondern durch Material aus der Planetenentstehung entstehen.
- Quelle: The Astrophysical Journal Letters, 1. September 2023
- Studienleitung: Adeene Denton, Southwest Research Institute