Der Mond mit seinen dunklen Maria und den hellen Hochländern. Aufnahme von Apollo 10. Bild: NASA, Standardlizenz.

Wie erhielt der Mond sein pockennarbiges Gesicht? Wie kam das Wasser auf die Erde war Leben auf der Erde erst vor 4 Milliarden Jahren erstmals möglich? Seit 45 Jahren hat man uns erzählt, dass vor 3,9 Milliarden Jahren, 500 Millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems, eine Kaskade von Asteroiden das innere Sonnensystem getroffen haben soll, welche die Oberfläche von Erde und Mond pulverisierte, das meiste heutige Wasser auf die Erde brachte und dem Mond sein heutiges Aussehen verpasste: das Große Bombardement (Late Heavy Bombardment, LHB). In den letzten Jahren hat sich unter den Fachleuten still und leise und ohne viel Aufhebens in den Medien die Erkenntnis durchgesetzt: Das LHB hat es so nie gegeben. Eine umfangreiche Arbeit von William K. Hartmann vom Planetary Science Institute in Tucson, Arizona, der seit den 1970ern selbst maßgeblich an den Theorien zur Entwicklung des Mondes mitgearbeitet hat, zeichnet den Werde- und Niedergang der LHB-Theorie anhand zahlreicher zeitgenössischer Arbeiten nach – und konfrontiert sie mit dem aktuellen Wissensstand.

 

Mit Abstand betrachtet

Die Geschichte der Mondgeologie fängt nicht erst mit Apollo an – schon lange bevor es die ersten Mondgesteine in irdische Labore schafften, hat man den Mond mit Teleskopen und Fotografie untersucht. Die uns vertraute Vorderseite des Mondes zeigt ausgeprägte, dunkle Flächen, die Maria (lateinischer Plural von mare – das Meer; Betonung auf der ersten, lang gesprochenen Silbe), wie die bekannten Mare Imbrium (Regenmeer), Mare Tranquilitatis (Meer der Stille) oder Oceanus Procellarum (Ozean der Stürme). Bei diesen handelt es sich um mit Lava angefüllte Becken riesiger Einschläge, die von Asteroiden der 100-km-Klasse verursacht worden sein müssen. In diesen finden sich kaum Krater. Im Gegensatz dazu stehen die vollkommen verkraterten Hochländer.

Die Hochländer des Mondes sind – im Gegensatz zu den dunklen Maria – bis zur Sätigung von Kratern aller Größen übersäht. Bild: Apollo 11, NASA Johnson, NASA Standardlizenz.

Anhand der heutigen Anzahl von Asteroiden verschiedener Größen im Sonnensystem und der daraus gefolgerten Einschlagsrate schätzte man vor Apollo, dass die Maria rund 3,6-3,8 Milliarden Jahre (Gigajahre, Ga) alt sein dürften und damit 700-800 Millionen Jahre jünger als der Mond selbst. Da die Kraterhäufigkeit in den Hochländern etwa 32-mal höher als in den Maria ist, konnte man somit erschließen, dass die Einschlagsrate im ersten Fünftel des Mondalters im Schnitt 160-mal höher gewesen sein muss als in den 4 Fünfteln der Zeit nach Entstehung der Maria. Sie könnte bei einem allmählichen Abklingen ursprünglich aber auch noch sehr viel höher gewesen sein, zumal die Dichte in den Highlands gesättigt ist – neue Krater überdeckten hier ältere und erhöhten ihre Zahl somit nicht mehr weiter.

 

Kein Stein der Weisen

Mit Apollo hoffte man, die Entstehungsgeschichte des Mondes endgültig zu entschlüsseln. Der Chemiker und Planetologe Harold C. Urey rührte für das Apollo-Programm, bei dem er beratend beteiligt war, mächtig die Werbetrommel mit dem Spruch “Bringt mir einen Stein vom Mond und ich erzähle euch die Geschichte des Sonnensystems“. Ganz wörtlich gemeint war das sicher nicht, aber man ging davon aus, auf dem Mond ein Buffet von unmodifiziertem Gestein diversen Alters bis zurück zur Entstehung von Mond, Erde und dem Sonnensystem zu finden, an dem man sich nur selbst bedienen musste. Durch Analysen der Mengenverhältnisse verschiedener Isotope ließ sich das Gestein datieren und so hoffte man, die Geschichte des Mondes aus ihm ablesen zu können.

Zwei Diagramme, die die statistische Altersverteilung der von den Apollo-Missionen gesammelten Hochland-Brekzien (oben) und Einschlagsschmelzen (unten) abbilden. Auf der senkrechten Achse die prozentualen Häufigkeiten und auf der waagerechten das Alter der Proben in Milliarden Jahren. Man sieht eine deutliche Häufung bei 3,8-3,9 Ga mit einer großen “Ryder-Lücke” vorher. Graham Ryder präsentierte 1990 solche Diagramme als Belege für das Späte Große Bombardement. Bild: [1], Fig. 5, CC BY 4.0.

Als die ersten Apollo-Missionen dann die ersten Steine vom Mond mitbrachten, wurden die Gesichter der Forscher lang und mit jeder Mission länger. Die Steine waren alle gleich alt! Und zwar 3,9 Ga, also 600 Millionen Jahre jünger als Mond und Erde es waren. Man schob dies anfangs auf die Landstellen, die zunächst in den Maria lagen, weil das Gelände dort für eine Landung am berechenbarsten war. Spätere Apollo-Missionen landeten dann auch in den Highlands, wo man die Crews, die vorher entsprechend geologisch geschult worden waren, auf die Suche nach dem “Genesis-Stein” schickte. Während der Apollo-15- Mission hörte man beim Fund des Steins #15415 einen Astronauten über Funk erfreut ausrufen: “Ratet mal, was wir gerade gefunden haben! Ratet mal, was wir gerade gefunden haben!” und der andere entgegnete “Ich denke, das, weswegen wir hierher gekommen sind.” #15415 erwies sich später als wenig beeindruckende 4,08 Ga alt.

 

Midlife-Krise

Der Mond war nun definitiv älter als die Maria, was schon an der starken Verkraterung der Highlands zu erkennen war. Aber warum fand sich keinerlei deutlich älteres Gestein? Schließlich gab es auf dem Mond weder Plattentektonik, die auf der Erde das Gestein der Kontinente irgendwann in die Tiefe zieht, noch Wetter, also Erosion, die das Gestein verändern könnte.

Eine Möglichkeit war, dass der Imbrium-Einschlag mit seinem Auswurfmaterial alles überdeckt hatte – oder ein kataklysmisches Ereignis kurz zuvor: eine zeitlich kurze, enorm erhöhte Rate von Einschlägen, relativ spät nach der Entstehung des Sonnensystems: ein Spätes Großes Bombardement. Der Begriff, der zum ersten Mal in einer Arbeit von George Wetherill aus dem Jahre 1975 auftauchte, war geboren. Wobei “spät” hier im Maßstab zur Entstehungszeit des Sonnensystem zu verstehen ist, die nur ein paar zehn Millionen Jahre benötigte. Gemessen am heutigen Alter des Mondes waren 600 Millionen Jahre immer noch jung. Dieser “terminale Kataklysmus” habe die Entstehung des Mondes abgeschlossen, bei dem dann auch die riesigen Einschläge stattfanden, die die Maria formten. Denn auch andere Maria waren gemäß ihrer Gesteinsproben vergleichbar alt. Das Mare Orientale am westlichen Mondrand hätte beispielsweise im Rahmen der Messgenauigkeit gar mit dem Imbriumeinschlag zusammen entstanden sein können, wenn der Asteroid einen Begleiter gehabt hätte, der nur Stunden später einschlug.

Spätere Analysen der Apollo-Proben fanden dann einige wenige winzige Bruchstücke von Krustengestein, das 4,4-4,5 Milliarden Jahre alt war, eingeschlossen im als Brekzie bezeichneten Konglomerat aus zerkleinertem, durchmischtem und unter Druck zusammengekittetem Gestein, jedoch keinerlei Einschlagsschmelzen älter als 3,9 Ga.

Der Mondmeteorit NWA 8586, der 2014 in Nordwestafrika (Mauretanien) gefunden wurde, ist ein typisches Brekziengestein, bestehend aus dunklen Basalten aus den Maria mit hellen Einschlüssen von Anorthosit aus den Hochländern. Ein Einschlag hat ihn in den Weltraum geschleudert, von wo er irgendwann den Weg auf die Erde fand. Bild: Flickr, James St. John, CC BY 2.0.

1990 vertrat Graham Ryder in einer Arbeit folgende These, die prägend für die LHB-Theorie wurde: Da es kein Schmelzgestein jünger als 3,9 Milliarden Jahre gibt, kann es vorher auch keine nennenswerten Einschläge gegeben haben. Denn jüngere Einschläge können die Einschlagsschmelzen früherer Einschläge nicht komplett durch Aufschmelzen verjüngt haben – das meiste Auswurfmaterial ist kalt, und es findet sich noch ursprüngliches, unverändertes Gestein in kleiner Menge, das die Einschläge offenbar ohne aufgeschmolzen zu werden überlebt hat. Und wegen der chemischen Diversität des überall gleich alten Mondgesteins kann die Oberfläche des Mondes nicht nur durch eine handvoll Mare-formende Einschläge geprägt worden sein. Daher müsse der Mond über einen Zeitraum von nur 50 bis höchstens 150 Millionen Jahren einem intensiven Bombardement ausgesetzt gewesen sein. Das klassische Late Heavy Bombardement.

 

Terror aus dem Kuiper-Gürtel?

Alsbald machten sich die Theoretiker an die Arbeit zu erklären, wie es mehr als eine halbe Milliarde Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems zu einem erneuten Bombardement von Planetoiden gekommen sein könnte, wie man dieses eigentlich nur während der eigentlichen Entstehungsphase erwartet hätte.

Die ersten im Laufe der 1990er entdeckten Planeten in anderen Sternsystemen erwiesen sich völlig überraschend als “heiße Jupiter”- ein Auswahleffekt, denn massive, eng umlaufende Planeten wirbeln ihre Sterne am stärksten im Kreis, so dass ihr Spektrum am deutlichsten messbar hin- und her wackelt. Dennoch waren sie zunächst schwer zu erklären, denn große Planeten sollten dort entstehen, wo viel Materie in einem Sternsystem vorhanden ist, und das ist da, wo die mengenmäßig im Weltall überwiegenden Gase und Eise reichlich vorhanden sind – weit weg vom Stern in der “Schneezone”, wo sie gefroren vorliegen. So lernte man, dass Planeten in der Wechselwirkung mit dem Staub und den Asteroiden, aus denen sie entstehen, im Sternsystem nach innen wandern können.

Damit war die Theorie der planetaren Migration geboren. Im Sonnensystem stellte sich der Fall allerdings genau umgekehrt dar (Jupiter ist bekanntlich nicht heiß): der Neptun befindet sich bei 30 AE so weit draußen im Sonnensystem, dass er dort eigentlich nicht hätte entstehen können, weil sich dort zu wenig Asteroiden als Baumaterial mit zu großen Entfernungen untereinander befunden haben sollten. Nach dem Nizza-Modell soll Neptun jedoch näher an der Sonne, bei < 15 AE zwischen Uranus und Saturn entstanden sein. Eine 2:1-Bahnresonanz von Jupiter und Saturn sorgte dann über ein Aufschaukeln der Bahnen von Uranus und Neptun dafür, dass sie die Plätze tauschten, wobei Neptun weit nach außen in den Kuipergürtel geriet, den äußeren Asteroidengürtel des Sonnensystems. Diesen wirbelte Neptun mächtig durcheinander und er enthält zum Teil sehr große Objekte (mehrere 100 km Durchmesser). Damit hatte man eine potenzielle zeitlich verzögerte Quelle von Einschlagskörpern, und auch die von Jupiter eingefangenen Trojaner und seine äußeren Monde, die so dunkel sind wie Objekte des Kuiper-Gürtels, stützen die Theorie – wie auch ihr bloßes Vorhandensein, denn Einfänge sind selten und es braucht sehr viele Asteroiden, um die mehr als 70 eingefangenen kleineren Jupitermonde zu liefern (viele davon umkreisen ihn im Gegensinn zu seiner Rotation). Außerdem könnten diese Asteroiden das Wasser der Erde geliefert haben – die Erde war zu Beginn noch zu heiß, um Wasser halten zu können. Damit war auch erst danach die Entstehung von Leben möglich, das die Einschläge zuvor, die die ganze Erde aufschmolzen, ohnehin kaum hätte überleben können.

Wanderung der Planeten laut einer Simulation des Nizza-Modells. Senkrechte Achse: große Bahnhalbachse a / Periheldistanz q / Apheldistanz Q in Astronomischen Einheiten( q < a < Q). Waagerechte Achse: Zeit in Vielfachen von 100 Millionen Jahren ab einem fiktiven Startdatum. Uranus (U) und Neptun (N) tauschen nach einer kurzen Instabilitätsphase die Plätze, Saturns (S) Bahn wird etwas exzentrischer, die von Jupiter (J) ändert sich kaum. Bild: Tsiganis et al., Wikimedia Commons, gemeinfrei.

Man musste zwar die Startbedingungen für Nizza sehr speziell auswählen, um eine so lange Verzögerung hin zu bekommen – aber diese war mit dem LHB gesetzt.

 

Zunehmende Zweifel

In den 1990ern und 2000ern modellierten Neukum und Ivanov die Entwicklung der Einschlagsraten über die Zeit mit Hilfe neuartiger Analysemethoden. Demnach war die Einschlagsrate vor 4 Milliarden Jahren 1000mal höher als vor 2 Milliarden Jahren und heute ist sie noch 1 bis 0,3-mal so hoch wie vor 2 Ga. Wegen der Kratersättigung vor 4 Milliarden Jahren konnten die Analysen nicht klären, wie hoch die Einschlagsraten in den ersten 500 Millionen Jahren waren – jedenfalls müssen sie nach 4 Milliarden Jahren dramatisch steil gefallen sein, um die wenig verkraterten Maria zu erklären. Die Rate muss vorher so hoch gewesen sein, dass nur wenige ältere Gesteine überlebten und danach so gering, dass kaum jüngere erzeugt wurden – dies erschien nicht besonders plausibel.

Datierungen der Maria anhand der Krateranzahl ergaben, dass das Mare Serenitatis, in dem Apollo 17 landete, eigentlich 4,2 Milliarden Jahre alt sein müsste, während das von den Astronauten heim gebrachte Gestein sich wieder nur als 3,87 Milliarden Jahre alt erwies. Eine Hypothese lautete, dass der benachbarte Imbrium-Einschlag das Serenitatis-Becken verunreinigt haben könnte. Simulationen ergaben, dass die Auswurfschicht des Imbrium-Einschlags im Mare Serenitatis 25-100 m Dicke aufweisen könnte, und dass Material aus den übrigen Maria das Sediment gar bis auf 55-230 m angehäuft haben könnten.

Das Gestein hat dabei seine nach dem Auswurf grobschlächtige Struktur nicht lange beibehalten. Untersuchungen zufolge werden 99% der Steine von mehr als 2 m Größe binnen 120-300 Millionen Jahren durch fortwährende Einschläge kleiner Meteoriten zu Brocken von weniger als 2 m zerkleinert und Steine unterhalb von 20 cm binnen 50 Millionen Jahren zu Pulver gemahlen – dem Regolith, der den Mond bedeckt und in dem Armstrong seinen berühmten Stiefelabdruck hinterließ.

Auch andere Maria haben mehr Krater und scheinen damit älter als das Imbrium zu sein, obwohl das dort gesammelte Gestein stets ca. 3,9 Mia Jahre alt war. Man konnte das scheinbar jüngere Alter des Mare Serenitatis und anderer Fundstellen durch Verunreinigungen erklären – es fand sich dort an der Oberfläche kaum Material aus der Entstehungszeit, sondern dieses war unter einer Schicht von mittlerweile fein gemahlenem Material jüngeren Ursprungs begraben. Und bei einem Serenitatis-Alter von 4,2 Ga wäre das LHB schon auf die mindestens doppelte Länge angewachsen. Neuere Datierungen von Apollo-Gesteinen fanden gar Brekzien-Fragmente, die 4,2 bis 4,35 Ga alt sind.

Statistische Altersverteilung von Meteoriten, die bestimmten Asteroidentypen als Quelle zugeordnet werden. Oben Chondrite, die aus ursprünglichem Material bestehen, unten HED Achondrite, die dem Asteroiden Vesta zugeordnet werden und somit Fragmente eines bei der Entstehung aufgeschmolzenen und differenzierten Objekts sind. Die Häufigkeitsverteilung zeigt keine “Ryder-Lücke” vor 4 Milliarden Jahren. Die Chondrite stammen zum größten Teil aus sehr jungen Kollisionen, die Achondrite wurden noch lange nach Ryders mutmaßlichem LHB durch Kollisionen gebildet und auch in der Zeit davor. Bild: [1], Fig. 11, CC BY 4.0.

Die Untersuchung des Alters von Meteoriten, die bestimmten Asteroiden als Quelle zugeordnet werden konnten, lieferten weitere Munition gegen die LHB-Theorie. Nach der Nizza-Theorie, aber auch anderen (“Grand Tack“) Modellen, bei denen die Migration von Jupiter und Saturn eine Rolle spielte, wäre der Asteroidenhauptgürtel zwischen Mars und Jupiter notwendigerweise heftig in Mitleidenschaft gezogen worden, denn die Asteroiden wären miteinander und mit den ins innere Sonnensystem katapultierten Kuipergürtel-Objekten kollidiert. Die ermittelten Kollisionsraten über die Zeit ergaben jedoch keinerlei Hinweis auf ein kataklysmisches Ereignis vor 3,9 Milliarden Jahren – weder auf eine geringere Kollisionsrate vorher, noch auf einen plötzlichen Anstieg derselben zu just dieser Zeit. Die meisten Kollisionen ereigneten sich vor 3,74-3,21 Ga, aber auch zahlreiche zwischen 4,5 und 4 Ga.

Dynamische Computersimulationen der Planetenentstehung produzierten eine anfangs hohe und dann allmählich abklingende Einschlagsrate durch die in der protoplanetaren Scheibe entstandenen Asteroiden und Planetesimalen, deren Entwicklung gut mit Kraterzählungen des Mondes und der Asteroiden in Einklang zu bringen war.

Dynamische Simulationen der Einschlagsrate von Hauptgürtelasteroiden aus einer Arbeit von Marchi et. al 2014 (farbige Kurven), dem ein Graph (schwarze Kurve ABCD) von William K. Hartmann aus dem Jahr 2000 überlagert ist, der die Entwicklung der Einschlagsraten aus Kraterzählungen darstellt (für die Zeit nach 3,9 Milliarden Jahren; davor: extrapoliert). Im gemeinsamen Bereich stimmen die Kurven gut überein. Hartmann spiegelte und skalierte das kleinere Diagramm in Photoshop, so dass die Achsen beider Diagramme deckungsgleich wurden. Bild: [1], Fig. 13, CC BY 4.0.

2015 fanden zwei Konferenzen statt, bei denen sich die internationalen Koryphäen der Mondforschung trafen und austauschten. Unter ihnen wurde der Begriff “LHB” zwar noch verwendet, seine Semantik unterschied sich bei den verschiedenen Autoren jedoch bereits deutlich von Graham Ryders ursprünglichem Kataklysmus – das LHB wurde nun etwa zum “Ausklang der Einschlagsperiode”, die bereits mit der Entstehung des Sonnensystems begann. Der Autor der hier betrachteten Arbeit trug dort ebenfalls vor und erntete keinerlei Widerspruch, als er in seinen Vorträgen äußerte, die Ryder-Hypothese sei nun endgültig vom Tisch.

Mehrere noch jüngere Paper (2016/17) gehen von einem Bombardement zwischen 4,2 und 3,4 Milliarden Jahren mit einer allmählichen Abnahme der Einschlagsraten bis vor 2,0-2,5 Milliarden Jahren aus. Die Rate kann aber durchaus sägezahnförmige Spitzen gehabt haben und damit episodisch angestiegen sein. Das Gestein von Apollo 17, das dem Serenitatis-Einschlag zugeordnet wurde, stammt ihnen gemäß wahrscheinlich vom Imbrium-Einschlag.

Der LHB-Begriff wird immer noch verwendet, hat aber mit dem ursprünglichen Terminus nichts mehr zu tun. Die Verfremdung des LHB-Begriffs erinnerte Hartmann an einen Scherz, in welchem ein Museum die Original-Axt ausgestellt haben will, mit der George Washington einer bekannten amerikanischen Legende gemäß den Kirschbaum seines Vaters gefällt haben soll. Nur sei der Griff der Axt schon viermal und die Klinge schon zweimal ersetzt worden.

 

Die Mega-Regolith-(R)Evolution

Die Grundregel von Graham Ryder war: keine nachweisbaren Einschlagsschmelzen – keine Einschläge. Diese Regel stand unter der Prämisse der Prä-Apollo-Ansicht, dass auf der Mondoberfläche Gestein unversehrt Milliarden Jahre überdauern und nur von gelegentlichen Einschlägen durch die Gegend geschoben werden würde. Und dass es somit einen Kataklysmus bräuchte, um das Alter des Gesteins auf 0 zurück zu setzen.

Hartmann, der Autor der hier betrachteten Arbeit, vertrat jedoch schon in den späten 1970ern die Auffassung, dass der Mondboden durch einschlagende Meteorite aller Größen einer fortwährenden Erosion und damit Evolution (Entwicklung) unterworfen sei, die vor allem in der ersten halben Milliarde Jahre bis in große Tiefen reichte. Auf diese Weise entstand eine Schicht aus Mega-Regolith.

Gewöhnlicher Regolith-Staub ist auf dem Mond nur 10-20 cm tief und entstand durch die permanente “Sandstrahlung” der Oberfläche mit Mikrometeoren, die fortwährend mit mehreren Kilometern pro Sekunde ungebremst auf den Mondboden prasseln und Gestein allmählich zerbröseln. Der Mega-Regolith hingegen besteht aus Schichten immer wieder neuen Auswurfmaterials von Einschlägen, in die große Meteoriten und Asteroiden immer wieder neue Krater reißen.

Wenn hinreichend viele Einschläge unterhalb einer gewissen Größe stattfinden, tritt Sättigung ein und der Boden wird komplett bis zur entsprechenden Tiefe der Krater umgegraben. Bei der heutigen Einschlagsrate würde es 4 Milliarden Jahre dauern, bis Einschläge von 2 km ihre Sättigungsgrenze erreichen (Bild unten links). Bei zu Beginn tausendfach höherer Einschlagsrate wurde die Sättigung im Kilometer-Krater-Bereich jedoch schon nach 100 Millionen Jahren erreicht und der Boden in den ersten 500 Millionen Jahren entsprechend tief mehrfach umgegraben.

Kraterdichten (pro Quadratkilometer; senkrechte Achse) über den Kraterdurchmessern aufgetragen (waagerechte Achse). Die gestrichelten Linien (Isochronen) mit den Altersangaben zeigen wie die Häufigkeit neuer Einschläge nach den angegebenen Zeiträumen aussieht. Links für die heutige Einschlagrate, rechts für die vor 4 Milliarden Jahren. Die schwarze Gerade rechts zeigt die Sättigung an. Beispielsweise erreichen im linken Bild Krater von 100 m Durchmesser nach 1 Ga die Sättigung. Im rechten Bild wird bei mehrhundertfacher Einschlagsrate die Sättigung für solche Krater schon nach weniger als 1 Million Jahren erreicht und selbst die größten Krater sind nach 100 Millionen Jahren beinahe gesättigt. Bild: [1] Fig. 14 a) und c), CC BY 4.0.

Der so angehäufte Mega-Regolith könnte über Oberflächen von 4,25 Ga Alter 10 km dick sein, der über Schichten von 4,2 Ga 1 km, über 4,0-4,1 Ga alten Schichten 100 m und über 3,9 Ga 40-60 m. Vom ursrpünglichen Boden fänden sich nur noch mikrometergroße Staubkörner an der heutigen Oberfläche.

Unter dem Druck der darüber liegenden Schichten wird das Material in zunehmender Tiefe zu Brekziengestein gepresst, das vergleichsweise leicht und porös ist. Seismologische Messungen mit den Apollo-Seismometern haben ergeben, dass wenigstens die obersten 3 Kilometer aus porösem Material geringer Dichte bestehen. Die GRAIL-Mission, die das Gravitationsfeld des Mondes vermaß, bestätigte die geringe Dichte (etwa 2550 kg/m³), die in der Kruste der stark verkraterten Hochländer stets weitaus kleiner als die von festem Gestein ist.

 

Der große Filter

Wenn ein großer Einschlag einen Krater reisst, dann schmilzt er den Boden auf und in der schüsselförmigen Vertiefung bildet sich ein Lavasee, der zu einer Basaltlinse erstarrt, die von oben später mit zurückfallendem Geröll überdeckt wird. Solche Lava wird durch Verlust flüchtiger Stoffe scheinbar verjüngt und anhand bestimmter Isotope kann man das Alter seit ihrem Erstarren bestimmen.

Unter den frühesten Einschlägen waren die härtesten, auch diejenigen, die die Maria formten. Durch fortwährende Einschläge wurden ihre Basaltlinsen jedoch zerkleinert und zu Staub zermahlen, und dies gerade bei Bruchstücken, die es bis zur Oberfläche geschafft haben, wo die kleinsten und häufigsten Einschläge mit ihrer Erosion noch wirksam sind. Alte Einschlagsschmelzen, z.B. das Urbecken des Imbrium-Einschlags, wurden so pulverisiert. Daher wird man dort kaum altes Gestein finden, bestenfalls in Form winziger Einschlüsse in jüngeren Brekzien. Die Maria sind auch nicht etwa mit Schmelzgestein ihrer Einschläge angefüllt – sie liefen später mit Lava aus dem damals noch flüssigen Mondinneren voll, was ihre an Kratern armen Oberflächen erklärt.

Die Einschlagsrate und damit die Erosion des Mega-Regoliths nahm von Beginn ab, bis sie unter die Sättigungsrate fiel, unterhalb derer das Gestein an zunehmend mehr Stellen während des restlichen Mondalters nicht mehr getroffen wurde und erhalten blieb. Das charakteristische Alter von 3,9 Milliarden Jahren ist dann einfach das Alter, ab welchem Gestein erstmals eine nennenswerte Chance bekam, bis heute zu überdauern.

Skizzenhafte Struktur des Mega-Regoliths auf dem Mond. Mit zunehmender Tiefe wird das Material gröber. Tiefe Einschläge reißen Krater in den Mega-Regolith und befördern Felsen an die Oberfläche, die dort nach wenigen Millionen Jahren zu Regolithstaub zermahlen werden. Nur junge, tiefe Einschläge können intaktes Gestein aus der Tiefe hinterlassen haben. Bild: [1], Fig. 17, CC BY 4.0.

Jüngere Einschläge konnten viel später feste Gesteinsbrocken aus geringer Tiefe nach oben befördern, während die Mondoberfläche ansonsten größtenteils von fein geriebenem Regolithstaub bedeckt ist. Die Evolution des Mega-Regoliths filtert somit, was an der Oberfläche gefunden werden kann. Wenn man altes Gestein sucht, dann sollte man es deshalb im Auswurfmaterial sehr junger, großer Einschläge wie Kopernikus (Kraterdurchmesser 93 km, Tiefe 3,8 km, Einschlag bis in 30 km Tiefe), Erathostenes (59 km Durchmesser, 3,6 km Tiefe) oder Aristillus (55 km, 3,6 km) suchen, die unversehrte Kruste an die Oberfläche befördert haben dürften. Die meisten Steine auf der Oberfläche sind jüngere Brekzien kleinerer Einschläge und keinesfalls eine zufällig durchmischte Zusammenstellung von Steinen verschiedenen Alters, wie man vor Apollo dachte.

Somit bleibt nicht mehr viel übrig vom späten, kurzen, schweren Bombardement. Das tatsächliche Bombardement fand früher statt, es war weniger intensiv, bestand möglicherweise aus mehreren Episoden und dauerte viel länger als Ryder dachte. Damit entspannt sich auch die Situation für das Nizza-Modell, bei dem Uranus und Neptun ihre Plätze nun früher tauschen können. Wasser kann die Erde früher erreicht haben und mögliches frühes Leben auf der Erde wurde nicht notwendigerweise von einer kataklysmischen Einschlagswelle ausgelöscht. Es war viel mehr fortwährenden, nachlassenden Einschlagsepisoden ausgesetzt und seine Überlebenschancen in geschützten Nischen waren größer und wurden zunehmend besser, so dass es früher entstanden sein könnte.

Der Begriff “Großes Bombardement” wird noch eine Weile durch die Planetologie geistern, aber er meint schon lange nicht mehr das, was er ursprünglich bedeutete. Sein Werdegang zeigt, wie in der Wissenschaft neue Daten zur allmählichen Modifzierung von Theorien führen. Es muss nicht immer ein Paukenschlag wie bei Einsteins Relativitätstheorie sein – oft entwickelt sich das Wissen allmählich und zerbröselt alte Weisheiten, wie beim Mega-Regolith auf dem Mond.

 

Referenzen

[1] William K. Hartmann, “History of the Terminal Cataclysm Paradigm: Epistemology of a Planetary Bombardment That Never (?) Happened“, Geosciences 2019, 9(7), S. 285, 28. Juni 2019.

[2] Korey Haynes, “New date for ‘Late Heavy Bombardment’ may change life’s timeline on Earth“, Astronomy, 15. August 2019.

[3] Bill Gray, “Late Heavy Bombardment may not have happened“, Geological Society of Glasgow, 24. Dez. 2016.

 

 

Kommentare (18)

  1. #1 rolak
    16. Januar 2020

    Joi, dieser Erklärungswechsel ist ja völlig an mir vorbeigegangen…
    Schön dargelegt!

  2. #2 Alderamin
    16. Januar 2020

    @rolak

    An mir bis vor einer Woche auch.

  3. #3 hto
    16. Januar 2020

    “Wasser vergisst nichts” – Das Wasser ein Bewusstsein haben muss, das ist mir durch die Homöopathie klar geworden! 😉

  4. #4 Leser
    16. Januar 2020

    In dem Bild, in dem die Migration der Umlaufbahn der Planeten dargestellt wird, entfernen sich sowohl Neptun (von 12AE auf 26AE) als auch Uranus (von 17AE auf 20AE) von der Sonne, während die Umlaufbahnen von Jupiter und Saturn weitgehend (bis auf etwas zugenommene Exzentrizität) konstant bleibt. Uranus und Neptun gewinnen also alle beide potentielle Energie gegenüber der Sonne. Woher stammt diese Energie ? Wenn Neptun auf Grund von Resonanzen mit Uranus nach Außen befördert wird, dann muß Uranus doch Energie abgeben und nach innen wandern.

  5. #5 knorke
    16. Januar 2020

    Geil. Echt interessant. Wieder ein Spur mehr Halbwissen zu Astronomie. Da denkt man, über den Mond gäbes es nicht mehr so viel grundsätzliches zu sagen aber schau an schau an.

  6. #6 Alderamin
    16. Januar 2020

    @Leser

    Die Energie kommt der Graphik gemäß hauptsächlich vom Saturn, dessen Periheldistanz kleiner wird. Im Wikipedia-Artikel steht, dass eine 2:1-Resonanz von Jupiter und Saturn die Wechselwirkung von Uranus und Neptun ausgelöst hat. Saturn ist am nächsten an Uranus und war dem Neptun ursprünglich noch näher, also dürfte die meiste Energie von Saturn stammen.

    Dass sich seine Bahn kaum veränderte, liegt sicher daran, dass er so viel massiver als die beiden äußeren Planeten ist und nach innen hin das Potenzial des Sonnenschwerefelds steiler wird (d.h. weiter außen sorgt eine Erhöhung der Bewegungsenergie für weitaus mehr Zunahme der Sonnenentfernung als weiter innen). Ich passe den Artikeltext entsprechend an.

    Über Nizza und vor allem Grand Tack (dessen deutsche Wikipedia-Seite arg knapp geraten ist) schreibe ich mal einen extra Artikel.

  7. #7 Alderamin
    16. Januar 2020

    @Leser

    Übrigens: Was gegen Nizza als Auslöser des Bombardements spricht, ist die Isotopenzusammensetzung des Wassers. Der Kuiper-Gürtel enthält ja kometisches Material und die Isotopenzusammensetzung des Wassers auf Tschurjumow-Gerassimenko erwies sich als deutlich verschieden von irdischem Wasser. Deswegen nimmt man heute an, das Wasser stammt von Asteroiden weiter innen, wie denen im Hauptgürtel. Dann wäre eher das Grand-Tack-Modell passend, bei dem Jupiter sich der Sonne genähert hat und Asteroiden, die er unterwegs abräumte, die Erde trafen und das Wasser lieferten – lange vor den 3,9 Milliarden Jahren der ursprünglichen LHB-Theorie.

    Nizza ist deswegen nicht falsch – Uranus und Neptun tauschten trotzdem ihre Plätze, aber wenn dadurch Kuiper-Objekte ins innere Sonnensystem gelenkt wurden, waren es nicht so viele, als dass man ihre Spuren im heutigen Wasser noch finden würde (womit sie auch als LHB-Lieferanten ausscheiden). Die Grand-Tack-Migration fand auch sehr früh statt, als Jupiter die Reste der solaren Scheibe abräumte.

  8. #8 Leser
    16. Januar 2020

    Ich selbst bin äußerst skeptisch bei Schlußfolgerungen aus der Isotopenzusammensetzung ! Material (auch Wasser), was auf der Erde durch die Atmosphäre strahlungsgeschützt ist, altert anders als Material, was 4 Milliarden Jahre lang der kosmischen Strahlung ausgesetzt ist. Wenn man das vergleichen möchte, muß man Material aus der Tiefe des Körpers (wo es auch strahlungsgeschützt altert) entnehmen. Noch niemand hat auf dem Mond (Mars, Planetoiden, Asteroiden, Kometen . . . ) 50 Meter tief gebohrt und dort eine Probe entnommen.

  9. #9 Alderamin
    16. Januar 2020

    @Leser

    Es wurden Isotope verschiedener Elemente (Argon, Thorium u.a.) betrachtet und man entnahm Proben aus dem Inneren des Mondgesteins.

    Und was das Wasser auf Tschuri betrifft – die Wissenschaftler wissen schon um die Effekte der kosmischen Strahlung und sie wissen sicherlich auch, was sie tun und folgern können. Zerfälle durch natürliche Radioaktivität unterscheiden sich in den Produkten höchstwahrscheinlich von solchen, die durch Beschuss mit Neutronen, Protonen oder Alpha-Teilchen ausgelöst wurden.

  10. #10 Leser
    16. Januar 2020

    Es gibt durchaus im Sonnensystem auch die Möglichkeit, altes, strahlungsgeschütztes Wasser zu beobachten. Die Kryovulkane auf Enceladus z.B. werden solches Wasser ausstoßen. Aber Cassini hatte vermutlich keine Möglichkeit an Bord, die Isotopenzusammensetzung dieses Wassers zu untersuchen, obwohl Cassini durch diese Wasser(dampf)wolke geflogen ist.

  11. #11 Alderamin
    16. Januar 2020

    @Leser

    Cassini hatte ein Massenspektrometer an Bord, mit dem sich sogar Deuterium von normalem Wasserstoff unterscheiden ließ.

    https://www.researchgate.net/publication/234534735_Ammonia_radiogenic_argon_organics_and_deuterium_measured_in_the_plume_of_Saturn%27s_icy_moon_Enceladus

  12. #12 Leser
    16. Januar 2020

    Cassini hatte ein Massenspektrometer an Bord

    Danke ! Das hatte ich schon nicht mehr gewußt. Und was ist bei der Analyse des Enceladus-Wassers herausgekommen ? Ist es vergleichbar mit dem Erdwasser ? Salzig soll es jedenfalls auch gewesen sein.

    Ich kann den Link oben leider nicht lesen.

  13. #13 Alderamin
    16. Januar 2020

    @Leser

    Was den Deuteriumgehalt angeht: Enceladus hat denselben Gehalt wie die Kometen, er entstand ja auch in der selben Gegend. Die Erde hat weniger Deuterium.

    https://sci.esa.int/web/herschel/-/49378-the-deuterium-to-hydrogen-ratio-in-the-solar-system

  14. #14 Leser
    18. Januar 2020

    Neptun hat 18% Saturnmasse und Uranus hat 15% Saturnmasse. Wenn man diese beiden Planeten über viele AE (14 AE beim Neptun und drei AE beim Uranus) aus der Bahnenergie des Saturn bewegt, dann muß der Saturn deutlich sichtbar Bahnenergie abgeben und sich zur Sonne bewegen.

    Es ist kaum glaubhaft, daß eine 2:1 Resonanz des Jupiter-Saturn Systems die Umlaufbahnen von Jupiter und Saturn selbst kaum beeinflusst, aber Planeten, die auf der Jupiter-abgewandten Seite kreisen über mehr als 10 AE aus der Bahn bewegt. Neptun hat heute einen Bahnradius von 30 AE. Er hat also noch einmal 4 AE seit dieser Simulation gewonnen. Woher kam die Energie ?

    Jupiter kreist heute noch auf der Position bei 5,2 AE um die Sonne. Saturn hat heute eine Position bei 9,5 AE um die Sonne, also geringfügig mehr als damals. Beide haben heute eine Exzetrizität von etwa 0,05. Damit läßt sich also nicht erklären, woher die Energie für die Bahnwechsel von Neptun und Uranus kommt.

    Eine Resonanz von Jupiter und Saturn sollte zu aller erst Auswirkungen auf die Umlaufbahnen von Jupiter und Saturn selbst haben. Da hat sich aber, bis auf ein wenig Exzentrizität fast nichts getan. Auf Neptun und Uranus kann das nur Auswirkungen haben, wenn auch Neptun und Uranus eine gewisse Resonanz haben. Die Ablenkung eines 7 AE entfernt kreisenden Neptun bis zur Saturnbahn kann man sonst nicht erklären.

    Für mich hat diese Simulation einige nicht erklärte Probleme.

  15. #15 Alderamin
    18. Januar 2020

    @Leser

    Und dann gab’s da noch den Kuiper-Gürtel, den es stark ausgedünnt hat

  16. #16 Alderamin
    18. Januar 2020

    Generell sollte man in Betracht ziehen, dass man, wenn man binnen fünf Minuten einen wesentlichen Fehler in einer wissenschaftlichen Theorie gefunden zu haben glaubt, die seit vielen Jahren von den Fachleuten im entsprechenden Gebiet anerkannt ist, möglicherweise noch nicht genug darüber weiß. Ich vertraue da im Allgemeinen der wissenschaftlichen Methode und der Selbstkorrektur der Wissenschaft durch Peer Review und Gegenveröffentlichungen.

  17. #17 UMa
    18. Januar 2020

    @Leser, Alderamin:
    Nein. Die Energie, die Neptun gewinnt stammt von Jupiter, nicht von Saturn.
    Sowohl Saturn als auch Uranus und Neptun wandern nach außen, gewinnen im Schwerefeld der Sonne also Energie. Nur Jupiter wandert etwas nach innen.

    Wenn Uranus von 17 AE und Neptun von 12 AE auf die heutige Entfernung wandern und sich Jupiter und Saturn zu Beginn in 2 zu 1 Resonanz befinden, müsste, wenn die Energie erhalten wird, Jupiter von Anfangs 5,39 AE auf 5,20 AE nach innen wandern, während Saturn von 8,55 AE auf 9,54 AE nach außen wandert.
    Dabei gibt Jupiter an alle 3 anderen Planeten Energie ab. Von dieser Energie nimmt Saturn über die Hälfte 54,5% auf, Neptun 40.8%, der Rest geht an Uranus.

  18. #18 Leser
    19. Januar 2020

    @UMa

    Danke, ich hatte nichts gerechnet, sondern nur versucht, die Abbildung zu lesen.