Wirf deine Gedanken zurück, als die Erde ein Baby war. Das Sonnensystem war ein brutales Kinderzimmer. Riesige Gesteinsbrocken wirbelten chaotisch um eine feurige junge Sonne und bombardierten regelmäßig junge Planeten. Die Erde bildete sich während dieser Periode, treffend Hadaan genannt, und ohne diesen stetigen Feuerregen, der die Knochen unseres Planeten aufbaut, wären wir überhaupt nicht hier.
Und der Mond auch nicht.
Gegen Ende dieses Zeitraums, vor etwa 4.5 Milliarden Jahren, prallte ein marsgroßer Protoplanet namens Theia bei einer Kollision auf die Erde, von der angenommen wird, dass sie freigesetzt wurde 100 Millionen Mal mehr Energie als der Asteroid, der die Dinosaurier beendete. Der Einschlag zerstörte Theia, schleuderte eine gigantische Materialwolke in die Umlaufbahn – und hat unseren Mond geboren.
Dieser riesiges Aufprallszenario ist die führende Theorie zur Entstehung des Mondes, weil sie zu vielem passt, was wir heute über die Erde und den Mond beobachten. Aber die Wissenschaftler diskutieren noch die Details. Frühe Simulationen des Aufpralls deuteten beispielsweise darauf hin, dass der Mond hauptsächlich aus Material von Theia bestehen würde, aber die Analyse von Mondgestein zeigt, dass die geochemische Zusammensetzung von Erde und Mond nahezu identisch ist.
Jetzt aber eine neue hochauflösende Simulation, in einem kürzlich veröffentlichten Artikel von Wissenschaftlern und Forschern der NASA Ames an der Durham University beschrieben, kann helfen, die Diskrepanz zu beheben.
Dem Papier zufolge stimmen die Ergebnisse einer Reihe möglicher Einschlagsszenarien besser mit Beobachtungen überein, einschließlich der Umlaufbahn und Zusammensetzung des Mondes. Aber was vielleicht am überraschendsten ist, wo frühere Arbeiten darauf hindeuteten, dass die Entstehung des Mondes Monate oder Jahre gedauert hätte, deutet die neue Simulation darauf hin, dass unser Satellit in nur wenigen Stunden entstanden und in die Umlaufbahn geschleudert wurde.
In der Simulation, die im Video unten gezeigt wird, trifft Theia die Erde mit einem flüchtigen Schlag. Ein Materialbogen, der sowohl von Theia als auch von der Erde stammt, peitscht in die Umlaufbahn und formt zwei Körper. Der größere von ihnen, der dazu verdammt ist, auf die Erde zurückzufallen, bringt den kleineren, den Mond, in eine stabile Umlaufbahn. Wenn die erste Kollision um Mitternacht stattgefunden hätte, hätte sich der Mond zum Frühstück gebildet.
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Dies ist nicht der erste Versuch, unsere Beobachtungen besser an die Ursprungsgeschichte des Mondeinschlags anzupassen.
Wissenschaftler haben eine Reihe von Theorien vorgeschlagen und simuliert, um die geochemische Zusammensetzung des Mondes zu erklären. Dazu gehören höhere Energie oder mehrere Schläge, eine Fahrerflucht, oder die Möglichkeit einer früheren Wirkung, als die Erde noch von einem bedeckt war Ozean aus Magma. Diese sind immer noch möglich, obwohl jede auch ihre eigenen Herausforderungen mit sich bringt.
Hier verfolgte das Team einen anderen Ansatz, was darauf hindeutet, dass das Problem vielleicht nicht die Theorie, sondern unsere Simulation davon ist. Ältere Simulationen verwendeten Hunderttausende oder Millionen von „Partikeln“ – Sie können sich diese als idealisierte digitale Stellvertreter für Teile der Erde und Theia vorstellen, die jeweils den Gesetzen der Physik bei der Kollision folgen. Die neueste Simulation hingegen verwendet Hunderte Millionen Partikel mit einem Durchmesser von jeweils etwa 8.5 Kilometern.
Es ist das bisher höchste digitale Nachbildung der Mondentstehung.
Die Auflösung rückte die Mechanik großer Einschläge auf eine Weise in den Fokus, die weniger detaillierte Simulationen einfach nicht konnten. Und dabei warf die Arbeit eine neue, möglicherweise einfachere Theorie in den Hut: Dass sich der Mond schnell in nur einem Schritt bildete. Das Team stellte fest, dass dieses Szenario einen Mond erzeugen könnte, der unserem ähnlich ist, von der Umlaufbahn bis zur Zusammensetzung.
Obwohl die neue Arbeit verlockend ist, erfordert eine weitere Verstärkung mehr hochauflösende Simulationen und vor allem zukünftige Missionen, bei denen mehr Proben vom Mond selbst gesammelt werden.
Was auch immer Wissenschaftler finden, die Geschichte der Mondentstehung hat weitreichende Auswirkungen. Es ist Schicksal ist eng mit dem der Erde verbunden, von den Gezeiten bis zur Plattentektonik und dem Aufstieg und der Entwicklung des Lebens selbst. Wenn wir feststellen, dass unser Mond ein Ausreißer ist – wie es zumindest in unserem Sonnensystem zu sein scheint –, sind die Chancen, dass anderswo Leben entsteht und auf lange Sicht überlebt, vielleicht geringer. Wir wissen es nur noch nicht.
Deshalb ist es wichtig, Simulationen wie diese zu erstellen und zu studieren.
„Je mehr wir darüber erfahren, wie der Mond entstanden ist, desto mehr erfahren wir über die Entwicklung unserer eigenen Erde“, sagte Vincent Eke, ein Forscher an der Durham University und Mitautor des Papiers, in einer Erklärung. „Ihre Geschichten sind miteinander verflochten – und könnten sich in den Geschichten anderer Planeten widerspiegeln, die durch ähnliche oder sehr unterschiedliche Kollisionen verändert wurden.“
Bild-Kredit: NASA Ames Research Center
