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Entstehung des Mondes

Die seltsame Ähnlichkeit von Mond und Erde

Von Sibylle Anderl
Aktualisiert am 13.03.2020
 - 19:16
Wie ist der Mond entstanden?
Entstand der Mond einst in einer gewaltigen Kollision zwischen der Erde und einem anderen Himmelskörper? Dieses Szenario ließ bislang Fragen offen – für deren Beantwortung es nun neue Impulse gibt.

In der heutigen Forschung ist es nicht häufig der Fall, dass es um Fragen geht, mit denen sich die Menschen bereits seit Jahrtausenden beschäftigen. Die Astronomie aber ist vergleichsweise reich an solchen Themen, und ein prominentes Beispiel dafür ist die Frage nach der Entstehung unseres Mondes: Antworten finden sich sowohl in Mythen und religiösen Schriften als auch auf der Grundlage empirischer Wissenschaften. Faszinierend erscheint dabei, dass die Behandlung dieser Frage immer noch und immer wieder neue Impulse erhält. So versuchen aktuell Wissenschaftler der University of New Mexico in einer in „Nature Geoscience“ veröffentlichten Studie, einen der letzten großen Widersprüche in der weitgehend akzeptierten Entstehungstheorie des Mondes aus dem Weg zu räumen.

Dieser Versuch gründet auf einer jahrhundertelangen Geschichte konkurrierender Ansätze. So gingen Immanuel Kant 1755 und in ähnlicher Form Pierre-Simon Laplace 1796 davon aus, dass Mond und Erde gemeinsam als Doppelsystem im frühen Sonnensystem entstanden sind. Ausgearbeitet wurde diese Idee unter anderen 1944 von Carl Friedrich von Weizsäcker. George Darwin, Sohn des berühmten Evolutionsbiologen, veröffentlichte dagegen 1879 die Theorie, der Mond sei einst aus der schnell rotierenden Erde herausgebrochen. Anhänger dieses Ansatzes mutmaßten, das Pazifikbecken sei als „Narbe“ Zeugnis dieses Vorfalls. Ein weiteres Modell, unter anderen vom amerikanischen Chemiker Harold Urey vertreten, postulierte, dass sich Mond und Erde an verschiedenen Stellen im Sonnensystem bildeten, der Mond aber später vom Gravitationsfeld der Erde eingefangen wurde.

Theorien und Daten im Widerspruch

Die empirischen Daten, die man gleichzeitig sammelte, standen aber mit all diesen Theorien in Konflikt. Hätten Mond und Erde einen gemeinsamen Ursprung, müssten sie sich in ihren chemischen Eigenschaften ähneln. Die Erde besitzt aber eine deutlich höhere mittlere Dichte und einen viel höheren Eisenanteil als der Mond. Allerdings ist die Dichte des Erdmantels mit der des Mondes vergleichbar. Dies spräche für die Abspaltungstheorie. Aber wäre der Mond aus der Erde herausgebrochen, so sollte seine Bahnebene in der Äquatorialebene liegen. Stattdessen weicht sie aber nur wenig von der Ekliptik ab. Auch scheint die Erde für dieses Szenario nie schnell genug rotiert zu haben. Einer voneinander unabhängigen Entstehung von Mond und Erde widersprechen wiederum bestimmte chemische Ähnlichkeiten. Die festgestellten relativen Häufigkeiten der Sauerstoffisotope 16O, 17O und 18O sind bei beiden fast identisch. Auch das Einfangen des Mondes erscheint himmelsmechanisch schwer zu realisieren.

1975 und 1976 stellten zwei astronomische Veröffentlichungen eine weitere Hypothese vor: Der Mond sei bei einer gigantischen Kollision zwischen der Protoerde und einem marsgroßen Planetoid, genannt „Theia“, entstanden. Teile des Erdmantels und des Planetoiden wurden dabei pulverisiert, Theias Eisenkern verschmolz mit dem Erdkern, die resultierende Trümmerwolke verklumpte zum Mond. Seit einer astronomischen Konferenz 1984 wird dieses Szenario als akzeptierte Hypothese angesehen. Eines kann sie aber nicht erklären: Wenn der Mond größtenteils aus Material von Theia entstanden ist, wieso sind dann die Häufigkeiten seiner Sauerstoffisotope so ähnlich wie die irdischen? Dass Erde und Theia sich einander chemisch derart glichen, ist unwahrscheinlich. Ist die Kollisionshypothese also doch falsch?

Ist die Ähnlichkeit ein Scheinproblem?

Die aktuelle Studie behauptet nun, dass das Problem durch eine differenziertere Betrachtungsweise verschwindet. Die Isotopenhäufigkeiten seien nur dann praktisch identisch, wenn Durchschnittswerte aus verschiedenartigem Mondgestein genommen würden. Wenn man aber verschiedene Gesteinsarten separat untersuche – tiefliegende aus dem Mondmantel bis zu Oberflächengestein –, dann würde sich ein deutliches Spektrum verschiedener Isotopenhäufigkeiten ergeben. Insbesondere lunares Mantelmaterial sei isotopisch in statistisch aussagekräftigem Maße schwerer als irdisches und zeuge damit von der Chemie Theias. Aus diesem Befund schließen sie, dass Theia einen höheren Anteil des Sauerstoffisotops 17O als die Erde besessen haben muss.

Konkret ergebe sich damit folgendes Szenario: Innerhalb der Trümmerwolke, die größtenteils aus Theia-Material mit irdischer Material-Beimischung bestand, kondensierten als Erstes diejenigen Silikate, die mit schweren Isotopen, angereichert waren, zum lunaren Magmaozean. Das isotopisch leichtere Material setzte sich erst später ab und bildete die Außenschicht des Monds, die heute derjenigen der Erde ähnelt. Diese Erklärung ist attraktiv und könnte tatsächlich eine Antwort auf eine der offenen Fragen des Kollisionsmodells liefern. Allerdings besitzen die Messungen bislang noch große Unsicherheiten. Weitere Untersuchungen verschiedener Arten von Mondgestein werden zeigen, ob sich dieses Bild weiter erhärtet.

Quelle: F.A.Z.
Autorenbild/ Sybille Anderl
Sibylle Anderl
Redakteurin im Feuilleton.
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