Hier sieht man, wie sich die großen Halbachsen (als der mittlere Abstand zur Sonne) der Planeten im Laufe von 3,5 Millionen Jahren verändern. Die grüne Linie zeigt die Venus an, die blaue die Erde, die violette den Mars und in rot ist Theia zu sehen. Erstmal tut sich sehr lange nichts. Und bei Mars und Venus tut sich sogar bis zum Ende nichts. Aber Theia wird schon nach knapp einer Million Jahre etwas unruhig und verändert die Größe ihrer Umlaufbahn. Damit macht sie auch die Erde nervös, die ebenfalls Variationen zeigt bis die beiden am Ende der Simulationszeit ineinander krachen.
Das nächste Bild zeigt, was genau passiert:
Hier sieht man die zeitliche Entwicklung der Exzentrizitäten der Planetenbahnen. Je näher der Wert der Exzentrizität an 0 ist, desto kreisförmiger ist die Bahn. Hohe Exzentrizitätswerte sind ein Zeichen für Instabilität, denn je höher sie sind, desto langgestreckter ist die Bahn und desto größer die Chance, dass zwei Bahnen sich überschneiden und eine Kollision stattfinden kann. Normalerweise verändern sich die Exzentrizitäten der Bahnen ein bisschen; werden größer und kleiner – aber nur innerhalb gewisser Grenzen. Und auch hier ist das anfangs bei allen Himmelskörpern noch so. Nach einer Million Jahre wächst Theias Exzentrizität aber an und sie kann damit der Erde auf ihrer Bahn immer näher kommen, was natürlich auch die gravitativen Störungen verstärkt und die Exzentrizität noch weiter wachsen lässt. Bis es am Ende zum Zusammenstoß kommt. Ursache dafür sind Resonanzen zwischen den Bewegungen (was das genau ist, habe ich hier erklärt).
Diese Simulation zeigt einen von vielen möglichen Fällen. Je nachdem, wo man Theia im Sonnensystem platziert kann die Sache ganz unterschiedlich ausgehen. Oft ist die Lage so instabil, dass die Planeten sofort zusammenkrachen. Aber das ist nicht das Resultat, das man gerne haben möchte. Es soll zwar am Ende einen Zusammenstoß von Erde und Theia geben, aber eben nicht sofort. Theia muss groß genug gewesen sein, damit bei der Kollision überhaupt der Mond entstehen kann. Es muss also auch genug Zeit gewesen sein, damit Theia in Ruhe wachsen konnte. Wenn sich der Himmelskörper in einer so instabilen Region des jungen Sonnensystems befunden hätte, das es sofort zu Kollisionen kommt, wäre das nicht möglich gewesen. Will man wissen, wo Theia her kommt, dann muss man einen Bereich finden, in denen sich ein Planet zwar einerseits längere Zeit stabil bewegen kann, aber eben auch nicht zu lange.
Es braucht also viele verschiedene Simulationen mit vielen verschiedenen Anfangsbedingungen. Die wurden durchgeführt und dieses Bild hier gibt einen Überblick über die Ergebnisse:
Man sieht hier auf der x-Achse den Bereich, in dem sich Thea zu Beginn der Simulation befindet. Die Venus befände sich hier ganz links im Diagramm, der Mars ganz rechts (schon außerhalb des Bildfelds) und die Erde sitzt in der Mitte, wo ihre Position auch markiert ist. Die y-Achse zeigt die Zahl der passenden Kollisionen die man beobachtet hat. In diesem Diagramm werden nur die Ergebnisse für zwei Regionen innerhalb bzw. außerhalb der Erdbahn gezeigt, die sich im Verlauf der Simulationen als am günstigsten für monderzeugende Kollisionen herausgestellt haben.
Eine genau Analyse aller Daten hat gezeigt, dass in der Region zwischen Erd- und Marsbahn (im Diagramm mit “d” markiert) die besten Bedingungen herrschen. 26% aller Fälle lieferten passende Kollisionen und ganz besonders gut hat das geklappt, wenn Theia anfänglich in einem Abstand von 1,16 Astronomischen Einheiten von der Sonne platziert wird (wobei sich die Erde bei 1 AE und der Mars bei 1,52 AE befinden). Hier könnte der Planet also entstanden sein, der mit uns zusammengestoßen ist und den Mond erzeugt hat.
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