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Entstehung des Mondes: Streifschuss oder Volltreffer?

Von / 26. Juli 2012 / 16 Kommentare
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Nach allem was wir heute wissen, entstand unser Mond bei einer großen Kollision vor etwa 4,5 Milliarden Jahren. Während der Planetenentstehung stieß die junge Erde mit einem anderem Protoplaneten zusammen, der in etwa so groß war, wie der Mars. Aus den Trümmern der Kollision bildete sich der Mond (und es ist gut, das wir ihn haben, ansonsten sähe die Welt wohl ganz anders aus). Von all den verschiedenen Hypothesen zur Mondentstehung ist die der großen Kollision diejenige, die mit der beobachteten Realität am besten übereinstimmt. Aber es gibt immer noch viele offene Fragen. Zum Beispiel: Wie genau ist die Kollision abgelaufen?

Als der fremde Planet – er trägt übrigens den Namen “Theia” – mit der Erde kollidierte, bestanden die Trümmer sowohl aus Material der Erde als auch aus den Überresten von Theia. Aus Untersuchungen des Mondgesteins wissen wir, dass Mond und Erde sich geologisch enorm ähnlich sind. Das ist einerseits ein Punkt für die Kollisionshypothese. Wenn Theia beim Zusammenstoß Material aus Erdkruste und Erdmantel ins All geschleudert hat, dann ist es nicht verwunderlich, wenn der daraus entstandene Mond geologisch der Erde ähnelt. Die große Ähnlichkeit ist allerdings auch ein Problem, denn es gibt keinen Grund davon auszugehen, dass Theias Zusammensetzung der Erde geglichen hat und wenn der Mond aus Trümmern beider Himmelskörper entstanden ist, dann sollte er sich ein wenig von der Erde unterscheiden.

Es ist natürlich schwierig, diese These konkret zu untersuchen. Wir haben nur sehr wenige geologische Proben vom Mond mit denen man arbeiten kann. Dabei bräuchte es viel umfassendere geologische und seismische Untersuchungen direkt vor Ort, um im Detail über die Zusammensetzung des Mondes Bescheid zu wissen. Aber so schnell werden die Menschen wohl nicht wieder zum Mond fliegen. Wir können auch nicht die Zeit zurück drehen und nachsehen, was damals wirklich passiert ist. Genauso wenig (zum Glück!) können wir andere Kollisionen zwischen Planeten in unserem Sonnensystem beobachten um zu sehen, wie so etwas abläuft. Hier sind wir auf Computersimulationen angewiesen und die sind sehr aufwendig und kompliziert. Die bisherigen Modelle gingen davon aus, dass Erde und Theia mit relativ geringer Geschwindigkeit zusammengestoßen sind. Nur wenige der Bruchstücke wurden ins All geschleudert. Insgesamt ging bei der Kollision kaum Masse verloren, was auch bedeutet, dass der gesamte Drehimpuls erhalten bleiben musste. Damit bei Kollisionen dieser Art ein System aus Erde und Mond entsteht, das die heute beobachteten Massen und den heute beobachteten Drehimpuls hat, muss der Zusammenstoß streifend und langsam erfolgt sein. Simuliert man solche Kollision am Computer, dann schlägt Theia dabei zwar Material aus der Erde heraus; der Großteil der Trümmermasse stammt allerdings von Theia selbst. Der aus den Trümmern entstandene Mond sollte also in seiner Zusammensetzung auch Theia ähneln und nicht nur der Erde.

Andreas Reufer von der Universität Bern und seine Kollegen haben nun ein anderes Szenario am Computer simuliert (A hit-and-run Giant Impact scenario”). In diesem komplizierter zu simulierenden Fall treffen Erde und Theia schneller und frontaler aufeinander. In diesem Fall schlägt Theia wesentlich mehr Material aus der Erde heraus. Und weil die Kollisionsgeschwindigkeit höher ist, sind die Trümmer von Theia selbst schneller und entkommen ins All. Dabei nehmen sie auch einen großen Teil des in diesem Fall höheren Gesamtdrehimpulses mit so dass am Ende wieder ein System entsteht, dass dem heutigen Erde-Mond-System ähnelt. Jetzt allerdings macht Material der Erde den Großteil der Trümmerscheibe aus und der daraus entstehende Mond ist ihr geologisch sehr ähnlich – genau wie man es auch beobachtet.

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Simulation der Kollision zwischen Erde und Theia (Bild: Reufer et al 2012)

Auch dieses Modell ist natürlich noch nicht perfekt. Es kann gut sein, dass das ursprüngliche Modell trotzdem richtig ist. Theia kann zum Beispiel aus dem äußeren Sonnensystem stammen und zu einem Großteil aus Eis bestanden haben. Das Material wäre bei der Kollision verdampft und übrig blieben hauptsächlich die Trümmer der Erde.
Es gibt immer noch viele Details, die erklärt werden müssen. Aber das werden wir irgendwann noch schaffen…

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Kommentare (16)

  1. #1 ufoleugner
    26. Juli 2012

    @ff: Aber so schnell werden die Menschen wohl nicht wieder zum Mond fliegen.

    waere es nicht langsam zeit dass die esa 
einen rover zum mond schickt. zum mars fliegt 
ja auch ein auto nach dem anderen (von der nasa).
 
(ich traeume von einem opensource projekt, 
und sehe mich schon selber wie ich ein 
mondauto ueber internet steuere)
 
liebe esa erfuellt mir meinen traum !
oder wollt ihr warten bis euch china, 
indien oder brasilien ueberholen ?
  2. #2 Roman
    26. Juli 2012

    Nette Animation für die Entstehung des Mondes,Theia als L4 –Trojaner in ihrer Sonnenumlaufbahn,möglich…

  3. #3 Hanno
    26. Juli 2012

    @ufoleugner: Es gibt ein OpenSource-Projekt, wobei mir nie so ganz klar war wie ernst gemeint das ist:
    https://www.openmoon.info/

  4. #4 Dark_Tigger
    26. Juli 2012

    Ist es eigentlich möglich das die Ähnlichkeit daher rührt das Theia komplett zerstört wurde und in der Erde und dem Mond aufgegangen ist?

  5. #5 Schiffbauer
    26. Juli 2012

    Schöne bunte Bilder der Simulation. Das macht ja ordentlich Krawumm.

    Mich interessiert, mit welcher numerischen Methode und welchem Programm diese Simulation durchgeführt wurde.
    Auf dem Ersten Blick sieht dies ganz nach der Smoothed Particles Hydrodynamics-Methode aus.

  6. #6 Nebelkerze
    26. Juli 2012

    Nach allem was wir heute wissen,..

    Haha, der ist gut… nein – einfach köstlich!

  7. #7 ufoluegner
    26. Juli 2012

    @ufoleugner
    oder wollt ihr warten bis euch china,
    indien oder brasilien ueberholen ?
    Dir scheints ja enorm wichtig zu sein, dass der Westen dieser Aufgabe nachgeht. Was wäre denn daran auszusetzen, wenn “china, indien oder brasilien” diese Mission übernähmen?

  8. #8 Floeckchen
    26. Juli 2012

    @Nebelkerze: Was ist an der Eingangsformulierung so erheiternd? Tatsächlich ist dies die einzig wissenschaftlich seriöse Form der Argumentation, da man sich als Wissenschaftler nur auf bisher als verifiziert geltende bzw. nicht falsifizierte Annahmen beziehen kann. Oder wissen Sie mehr als hier im Artikel geschrieben steht? Dann wenden Sie sich bitte an jene Astronomen, welche die oben genannte Annahme aufgestellt haben und korrigieren diese. Sie werden Ihnen sicher dankbar sein die Schwächen bzw. Fehler in der Argumentation aufgedeckt zu haben.
    Darin besteht ja auch einer der Hauptunterschiede zwischen Wissenschaftlern und Verschwörungstheoretikern. Wissenschaftler wissen, dass ihre Modelle höchstens Annäherungen an die Realität darstellen, VT’ler glauben im Besitz der echten Wahrheit zu sein!

  9. #9 Adent
    26. Juli 2012

    @Nebelkerze
    Was war denn jetzt mit dem Kommentar gemeint? Oder ist der Name Programm?

  10. #10 Silly Human
    26. Juli 2012

    Ich verstehe auch nicht ganz, wie im Artikel zwischen “Zusammensetzung der Erde heute”, “Zusammensetzung der Erde vor dem Einschlag” und “Zusammensetzung von Theia vor dem Einschlag” unterschieden wird.

    Da von den 3 Variablen nur eine bekannt ist, kann man doch gar nicht sagen wie viel von Theias Zusammensetzung in Erde und Mond über gegangen ist. Vielleicht waren die Trümmer so gut gemischt und deshalb ist der Mond der Erde so ähnlich?

  11. #11 Petra
    26. Juli 2012

    Ich hab das bisher immer so verstanden, dass die zwei Planetesimale Erde und Theia in der ungefähr gleichen Entfernung zur Sonne entstanden sind. Daher haben sie weitgehenst die gleiche Zusammensetzung und es sind bei Erde und Mond kaum Unterschiede feststellbar. Und aufgrund der gravitativen Instabilität eines solchen Systems kam es zum Zusammenstoss.

  12. #12 Engywuck
    26. Juli 2012

    auf der englischen WP [1] habe ich folgendes gefunden:

    “proposed that in the aftermath of the giant impact, while the Earth and the proto-lunar disk were molten and vaporized, the two reservoirs were connected by a common silicate vapour atmosphere, and that the Earth–Moon system became homogenized by convective stirring while the system existed in the form of a continuous fluid. Such an “equilibration” between the post-impact Earth and the proto-lunar disk is the only scenario capable of explaining the isotopic similarities of the Apollo rocks with rocks from the Earth’s interior. For this scenario to be viable, however, the proto-lunar disk must exist for a time period of ~100 years. Work is ongoing to determine whether or not this is possible.”

    Was meint der Fachmann? Ist das immer noch möglich oder inzwischen widerlegt?

    Was ich zudem Schwierigkeiten habe zu verstehen: wenn sich Theia als Le/5 Trojaner gebildet hat dann ist sie ja in derselben Entfernung zur Sonne entstanden, also rein vom Radius her und eine Fraktionierung der Elemente nach Sonnenentfernung vorausgesetzt in derselben chemischen “Gegend”. Würden sich dann Theia und Erde wirklich so enorm unterscheiden, dass man das dem Mond noch ansehen könnte, sollte er größere Mengen “Theia” enthalten?

    [1] https://en.wikipedia.org/wiki/Giant_impact_hypothesis#Energetic_aftermath

  13. #13 Bynaus
    27. Juli 2012

    Hehe, herzlichen Dank Florian, für das Berichten über unsere Arbeit… (ich bin der zweite Autor) 🙂 Wenn jemand Fragen dazu hat, immer her damit…

    @Schiffbauer: Ja, die Simulationen basieren auf SPH.

    @Petra: Gleiche Entfernung zur Sonne reicht leider nicht für gleiche Zusammensetzung. So hat sich der Mars sehr schnell gebildet (innerhalb von 2 Mio Jahren), die Erde hat aber viel länger gebraucht, bis sie auf ihre heutige Grösse angewachsen war (ca. 10-100 Mio Jahre) – sie musste durch stochastische Kollisionen von marsgrossen Körpern (sog. “Planetaren Embryos”) wachsen.
    Am Anfang des Sonnensystems gab es noch radioaktives Hafnium-182, das in Wolfram-182 zerfällt. Hafnium ist lithophil, das heisst, es geht immer in Gesteinsschmelzen, währen Wolfram siderophil ist, das heisst, es geht in Eisenschmelzen. Wenn sich ein Planet bildet, während das 182Hf noch da ist, geht es in den Mantel und zerfällt erst dort zu 182W. Bildet sich der Planet später, ist das 182Hf schon zerfallen, und das Zerfallsprodukt 182W wandert bei der Kernbildung in den Kern. Das heisst, bei einem schnell gebildeten Planeten wie dem Mars (oder Theia, die ja ähnlich gross war) ist der 182W-Anteil im Mantel grösser als bei der Erde – selbst wenn das Ausgangsmaterial exakt identisch war. Da hilft auch die Trojaner-Position nicht.

    @Engywuck: Re-Equilibrierung ist eine Möglichkeit. Nicht ohne Probleme, und sie sagt einige Dinge voraus, die man so nicht beobachtet. Gut möglich, dass das stattfand, aber bisher ist es noch niemandem gelungen, diesen Prozess im Detail zu simulieren / modellieren (es gibt eigentlich nur Abschätzungen). Ein Vorteil des neuen Modells (dem “Streifschuss”) ist, dass die Erde nach dem Einschlag viel heisser ist. Das macht eine solche Re-Equilibrierung vermutlich leichter.

  14. #14 Verneblets Cherzli
    2. August 2012

    @Flöckchen

    Darin besteht ja auch einer der Hauptunterschiede zwischen Wissenschaftlern und Verschwörungstheoretikern. Wissenschaftler wissen, dass ihre Modelle höchstens Annäherungen an die Realität darstellen, VT’ler glauben im Besitz der echten Wahrheit zu sein!

    Du willst mir echt und aufrichtig sagen, dass Du wirklich davon ausgehst, dass Wissenschaftler nicht glauben würden im Besitz der echten Wahrheit zu sein? Gemäss der Einleitung ist es ja genau umgekehrt. Der Wissenschaftler hier behauptet zu wissen, wie der Mond entstanden ist. Anstatt zu sagen, dass wir nach allem was wir wissen eben nur glauben, dass der Mond eben so entstanden ist. Deshalb fand ich es lustig.

    Weisst Du was haben Wissenschaftler und VT´ler gemeinsam? Es sind beides Menschen mit logischem Verstand und ich glaube beide Sorten können eigentlich Wissen und Glauben unterscheiden wenn sie ehrlich hinschauen. Dieser Streit ist also sinnlos. Wenn ein Wissenschaftler oder ein Verschwörungstheoretiker ein Anliegen haben, erwarte ich, dass beide einander aufrichtig und unvoreingenommen zuhören können…

  15. #15 Bynaus
    3. August 2012

    @”Verneblets Cherzli”:

    Keiner der involvierten Wissenschaftler behauptet zu wissen, wie der Mond entstanden ist. Es ist bloss so, dass man einen neuen Modus des klassischen Giant Impacts entdeckt hat, der einige der bekannten Probleme löst. Es ist, wenn du so willst, ein Vorschlag. Es wäre denkbar, dass es so abgelaufen ist bzw dass sich die genannten Probleme so lösen lassen. Das ist alles.

  16. #16 Adent
    4. August 2012

    @”Verneblets Cherzli”:
    HALLLOOOOOOO, du hast noch nicht mal den ersten Satz des Artikels gelesen oder ihn nicht verstanden und blökst hier rum? Hier allein für dich nochmal, er steht ganz oben

    Nach allem was wir heute wissen,…

    DAS übersetzt du mit:

    Der Wissenschaftler hier behauptet zu wissen, wie der Mond entstanden ist. Anstatt zu sagen, dass wir nach allem was wir wissen eben nur glauben, dass der Mond eben so entstanden ist.

    Das ist schon ein starkes Stück an selektivem Lesen und interpretieren was du hier ablieferst.