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Mehrfachkollisonen mit massereichen Objekten erschufen den Mond

Neue Computer-Simulationen über die Entstehung unseres natürlichen Trabanten scheinen eine Theorie zu stützen, die vor einigen Jahrzehnten aufkam. Demzufolge ist unser Mond nicht aus einer einzigen Kollision mit einem Objekt gigantischen Ausmaßes hervorgegangen sondern durch viele Zusammenstöße mit kleineren Planetoiden.
Darstellung des Auftreffens eines etwa marsgroßen Objektes auf die Erde  (Bildquelle: NASA/JPL-Caltech)

Die bisher am weitesten akzeptierte Vorstellung über die Entstehung unseres Mondes und des damit verbundenen Erde-Mond-Systems ist die Kollisionstheorie, die Mitte der 70er Jahre aufgestellt wurde(1). Nach ihr stießen in der Frühphase der planetarischen Entwicklung der etwa marsgroße Protoplanet Theia mit der Erde zusammen.

 

 

Man ging im Weiteren davon aus, dass das leichte Oberflächengestein von Theia in den Orbit geschleudert wurde und sich daraus schließlich unser Mond entwickelte während die beiden Eisenkerne der Planeten zu einem einzigen verschmolzen und zu jenem Kern wurden, der sich unter uns ab einer Tiefe von 5.150 Kilometer befindet.

Sequenz: Entstehung eines Erde-Mond-System nach Kollision zweier massereicher Objekte. Bildquelle: REF. 10/ROBIN CANUP

 

Die Theorie führte jedoch zu grundlegenden Problemen und vor allem zur Frage, warum man keine Spuren von Theia im Mondgestein nachweisen konnte. Man schlussfolgerte, dass der Drehimpuls, die Rotation der Urerde, deutlich höher liegen musste damit durch einen Einschlag ausreichend irdisches Material freigesetzt hätte werden können. Das wiederum führte zur Frage, warum und wodurch sich der Drehimpuls der Erde bis zum heutigen Tage derart dramatisch verlangsamte.

Simulationen zeigten, dass durch eine Kollision der Urerde mit einem Planetenembryo vor rund 4.5 Milliarden Jahren bei niedriger Geschwindigkeit eine massereiche und massive, sehr heiße und sich in Rotation befindende Scheibe entstünde, aus der sich nach einem fortlaufenden Verdichtungsprozess schließlich unser Trabant herausbildete.

Anhand verbesserter Modelle konnten Robin Canup und Erik Asphaug(2) im Jahre 2001 aufzeigen, dass ein Einschlag am Ende der Akkretionsphase ausreichte, um sowohl Masse als auch Geochemie des Mondes sowie den Drehimpuls des Erde-Mond-Systems zu erklären. Durch weitere Untersuchungen der Geochemiker Daniel Herwartz(3) vom Institut für Geologie und Mineralogie der Universität Köln sowie Kun Wang/Stein Jacobsen(4) vom Department of Earth and Planetary der Harvard University  konnten die Anfangsbedingungen der kataklystischen Kollision präzisiert und hinreichender parametriert werden.

Eine andere Hypothese aus den 80er Jahren aufgreifend schlagen nun die Forschungsstudentin Raluca Rufu sowie der Planetenwissenschaftler Oded Aharonson vom Weizmann Institute’s Earth and Planetary Sciences Department im Nature Geoscience(5) vor, die Entstehung des Mondes nicht auf eine einzige Kollision zurückzuführen. Stattdessen glauben sie, dass sich der Mond im Lauf von Jahrmillionen entwickelte während denen viele Objekte, die deutlich kleiner als der Mars waren, auf die Urerde einschlugen.

Rufu und Aharoson stellten sich die Frage, ob mehrere Einschläge kleinerer Objekte nicht besser erklären könnten, was vor einigen Milliarden von Jahren geschah. Sie argumentieren, dass kleinere Objekte in dieser Phase der Sonnensystementstehung wesentlich häufiger anzutreffen und Kollisionen somit wahrscheinlicher waren. Durch kleinere Objekte und höhere Geschwindigkeiten könnte zudem mehr Erdmaterial freigesetzt und chemische Spuren früherer Kollisionen maskiert werden.

Wie Simulationen von Rufu und Aharoson zeigten würden sich die durch die Kollisionen freigesetzten und entstandenen Komponenten aus Dämpfen, geschmolzenen Partikeln und Schutt in einer Umlaufbahn um die Erde abkühlen, im Lauf der Zeit zu kleinen Moonelets verklumpen und schließlich zu einem größeren Objekt – dem Mond – verschmelzen.

Die verschiedenen Phasen zur Bildung unseres Mondes nach Aharonson (Bildquelle: Oded Aharonson et la, Weizmann Institut of Science)

 

Um das von ihnen vorgeschlagenen Szenario zu untersuchen führte die Forschungsgruppe 800 Simulationen auf dem Chemfarm-Cluster des Weizmann Institute of Science mit mehr als 5000 Prozessorkernen durch. Rufu betonte, dass die bisherige Schwäche des Ein-Körper-Impaktes durch ihr Modell beseitigt würde:

The new scenario does not require finely tuned initial conditions and if the smaller moonlets, as we think, were drawn into the same orbit, they could have merged over millions of years.

Raluca Rufu, MSc-Studentin, Weizmann Institute’s Earth and Planetary Sciences Department

In einem nächsten Schritt will das Forschungsteam um Aharoson durch weitere Simulationen verstehen, wie die kleineren Moonlets schließlich zu unserem Mond verschmolzen.

 

 


(1) Hartmann & Davis, 1975
(2)http://www.nature.com/nature/journal/v412/n6848/abs/412708a0.html
(3) Herwartz et al., 2014, Science, http://science.sciencemag.org/content/344/6188/1146
(4) http://www.nature.com/nature/journal/v538/n7626/full/nature19341.html
(5) http://www.nature.com/articles/ngeo2866.epdf
und http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo2866.html