Wissenschaftler haben mithilfe hochauflösender Simulationen herausgefunden, dass die Entstehung des Mondes nach einer gigantischen Ur-Kollision der Erde mit dem Protoplaneten Theia möglicherweise nur wenige Stunden dauerte. Die neuen Berechnungen, die im Astrophysical Journal Letters veröffentlicht wurden, berücksichtigen Materialfestigkeit und Temperatur.
Die Entstehung des Mondes in nur fünf Stunden
Die Frage, wie der Mond vor Milliarden von Jahren entstanden ist, beschäftigt die Forschung seit Jahrzehnten. Bislang gingen die meisten Modelle davon aus, dass nach dem Zusammenstoß der Ur-Erde mit einem marsgroßen Himmelskörper namens Theia eine riesige Trümmerscheibe im All verblieb. Aus dieser Scheibe soll sich der Mond demnach über Monate oder Jahre hinweg langsam zusammengeballt haben.
Ein Forschungsteam um C. Adene Denton vom Southwest Research Institute in Boulder, Colorado, kommt nun jedoch zu einem völlig anderen Ergebnis. Wie das Institut und Berichte von Spektrum der Wissenschaft zeigen, könnte der Mond binnen weniger Stunden nach dem Einschlag entstanden sein. Die neuen Simulationen legen nahe, dass Material von der Erde und von Theia direkt in eine Umlaufbahn geschleudert wurde, wo es sich rasch zu einem intakten Trabanten formte.
Warum Temperatur und Materialfestigkeit das Modell verändern
Bisherige Computermodelle nutzten eine gängige Vereinfachung: Wegen der enormen Energien bei einer solchen Kollision wurden die Temperatur und die innere Festigkeit der beteiligten Körper oft vernachlässigt, um Berechnungen zu vereinfachen. Das Team um Denton berücksichtigte diese physikalischen Eigenschaften jedoch gezielt. Wenn man Erde und Theia als reale Festkörper mit einer bestimmten Temperatur betrachtet, entsteht laut den Simulationen keine klassische Trümmerwolke.
Stattdessen wird der Außenbereich von Theia teilweise abgerissen und in einem weiten Bogen in den Weltraum geschleudert. Dieser zusammenhängende Himmelskörper kann die nahe Annäherung an die Erde in bestimmten Szenarien überstehen und eine stabile Umlaufbahn erreichen. Das geschieht besonders dann, wenn beide Körper zum Zeitpunkt des Aufpralls noch vergleichsweise heiß sind.
„Depending on how hot the Earth and Theia are prior to the collision, an impact can destroy Theia and produce this massive disk of debris that eventually forms the moon. But when I used the same parameters as original impact modelling – down to the equal temperature structures inside both bodies – within around five hours, an intact moon emerged.“
Neue Simulationen lösen alte Rätsel um die Zusammensetzung
Die hochauflösenden Simulationen zeigen, dass herkömmliche Simulationen mit niedrigerer Auflösung entscheidende physikalische Effekte übersehen können. Dieses Ein-Stufen-Modell bietet eine elegantere Erklärung für langjährige ungelöste Rätsel in der Planetenforschung.
Ein zentrales Problem war bisher die chemische Zusammensetzung des Mondes. Analysen von Mondgestein zeigen, dass sich die Isotope stark ähneln – ein Hinweis darauf, dass ein Großteil des Mondmaterials ursprünglich von der Erde stammt. Ältere Theorien hatten Schwierigkeiten, dieses Phänomen zu erklären, ohne unwahrscheinliche Zufälle vorauszusetzen. Das neue Szenario nutzt größere Mengen irdischen Materials für die äußeren Schichten des jungen Mondes und passt zudem besser zu dessen aktueller Umlaufbahn und Krustendicke.
Blick in die Zukunft und Bedeutung für die Erforschung der Erde
Die Ergebnisse werfen auch ein neues Licht auf die Entwicklung unseres eigenen Planeten. Da Planetenkollisionen im frühen Sonnensystem eine wesentliche Rolle bei der Entstehung lebensfreundlicher Bedingungen spielten, sind die Geschichten von Erde und Mond eng miteinander verknüpft.
Ob sich dieses beschleunigte Entstehungsmodell endgültig bestätigen lässt, hängt auch von künftigen Daten ab. Forscher setzen große Hoffnungen auf künftige Artemis-Missionen der NASA, deren Probenanalysen tiefere Einblicke in den inneren Aufbau des Mondes ermöglichen und zeigen sollen, wie gut die Simulationen mit der realen Geologie übereinstimmen.
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